Escuela Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla...

Escuela Superior de Ingenieros

Universidad de Sevilla

Depto. Ingeniería Energética

Análisis de Equipos de Desgasificación en Instalaciones

de Vapor

Autor: José Eugenio Vázquez Gómez

Autor: José Eugenio Vázquez Gómez

Tutor: José Julio Guerra Macho Marzo 2014

Escuela Superior de Ingenieros. Universidad de Sevilla José Eugenio Vázquez Gómez

Análisis de Equipos de Desgasificación en Instalaciones de Vapor

Proyecto Fin de Carrera Página | 2

AGRADECIMIENTOS

A mi familia, porque sencillamente están ahí siempre.

A D. José Julio Guerra Macho, por su dedicación y ayuda en la elaboración de este

proyecto.

A Dña. Manuela Muñoz Madrid de la oficina técnica de la C.T. Los Barrios por toda la

información proporcionada.




Índice

Capítulo 1. Introducción, objetivos y funciones de un

desgasificador

1.1 Introducción 5 3

1.2 Ciclo agua-vapor 6 4

1.3 Organización y contenido 12 10

Capítulo 2. Desgasificadores

2.1 Introducción 13

2.2 Principios físicos de la desgasificación 17 15

2.2.1 Desgasificación térmica 17 1415

2.2.2 Desgasificación química 20 18

2.3 Clasificación de los desgasificadores 21 1 19

2.3.1 Desgasificadores por vacío 22 20

2.3.2 Desgasificadores químicos 27 25

2.4. Desgasificadores térmicos 34 32

2.4.1 Desgasificadores atmosféricos 34 33

2.4.2 Desgasificadores presurizados 42 40

2.5. Análisis comparativo 58 56

Capítulo 3. Dimensionado, operación y mantenimiento

3.1 Introducción 67 65

3.2 Selección 71 69

3.3 Operación y mantenimiento 83 78




3.4 Dimensionado de elementos auxiliares 89 84

Capítulo 4. Fabricantes y Normativa

4.1 Fabricantes 92 87

4.2 Normativas 95 90

Capítulo 5. Resumen y conclusiones 96

Bibliografía 98

Anexo 99 94




1. INTRODUCCIÓN, OBJETIVOS Y FUNCIONES DE UN

DESGASIFICADOR.

1.1 Introducción

En la industria el fluido caloportador más empleado es el vapor de agua. Su uso tanto en

la industria de procesos como en la de generación de energía eléctrica es muy elevado.

La producción de energía eléctrica lleva siendo un factor de vital importancia para el

desarrollo de países y sus economías. De las distintas centrales que existen hoy en día,

un alto porcentaje (en España alcanza casi el 60%) producen energía a través de la

producción de vapor. En las térmicas convencionales o de ciclo combinado el vapor se

genera a partir de combustible fósil, en las centrales nucleares a partir de la energía

liberada en el proceso de fisión nuclear y en las termosolares a partir de un recurso

renovable como es la energía solar. En todos los casos, el vapor producido termina

siendo turbinado para producir energía eléctrica haciendo girar el eje de un alternador.

En muchos sectores industriales, el calor necesario en el proceso se aporta a través de

una red de vapor, aprovechando su calor latente que se transfiere en los puntos de

consumo. En algunas industrias la generación de vapor para el proceso se combina con

la generación de vapor para generación de energía eléctrica en la propia industria. En

este caso, se suele producir vapor a una presión superior a la que necesita el proceso,

que se lamina en una turbina de contrapresión para generar electricidad. El vapor a la

salida de la turbina se lleva al proceso o procesos directamente o a través de un proceso

en cascada si el consumo tiene lugar a diferentes presiones.

En estas plantas, el tratamiento del agua de alimentación en el ciclo agua-vapor es

fundamental para asegurar una larga vida útil de los equipos; minimizando problemas

operacionales, reparaciones de importancia y accidentes graves. El objetivo principal

del tratamiento de agua es evitar problemas de corrosión e incrustaciones, asegurando la

calidad del agua de alimentación y del agua contenida en la caldera.

El desgasificador es un elemento que debe estar implementado en todo sistema agua-

vapor porque actúa como protector directo del resto de equipos al evitar el deterioro de

la instalación.

El objetivo final del proyecto es analizar el funcionamiento, la tipología y aplicaciones

de los desgasificadores, identificando los principales fabricantes y los parámetros

fundamentales y números índices representativos.




1.2 Ciclo agua-vapor

El ciclo agua-vapor se define como el conjunto de equipos, tuberías y elementos

encargados de la conducción del agua y el vapor entre el generador de vapor y la turbina

de vapor.

La función del ciclo agua-vapor es transportar energía en forma de energía potencial

(vapor a una cierta presión y temperatura) desde el lugar donde se genera y donde

aumenta su nivel energético (generador de vapor) hasta la máquina consumidora de esa

energía, la turbina de vapor. La transformación de la energía potencial contenida en el

vapor en energía mecánica rotativa permite la generación de energía eléctrica por medio

de lo que se conoce como un generador eléctrico o alternador.

La utilización del agua como fluido caloportador se basa, entre otras razones, en que es

un fluido barato, abundante y perfectamente conocido; de forma que es posible

controlar perfectamente su temperatura y presión.

El vapor es uno de los fluidos más comúnmente utilizados para calentar equipos o

instalaciones en cualquier tipo de industria: química, petroquímica, alimentación,

farmacéutica, en procesos de como el de producción de papel, lavandería,

humidificación, generación y en todos aquellos procesos en los que se requiera

transportar calor a cortas distancias.

Las razones por las que se usa vapor como fluido transportador de energía son las

siguientes:

La producción de vapor es un proceso relativamente sencillo: requiere calentarlo por

medio de cualquier tipo de combustible.

No necesita bombas para ser transportado desde el generador de vapor en adelante.

No es combustible, y por lo tanto, no tiene peligro de incendio.

Es un fluido muy conocido y mediante válvulas es posible controlar de forma muy

precisa la presión y la temperatura en cualquier punto de la instalación.

A alta presión almacena gran cantidad de energía en forma de energía potencial, que

puede transformarse en energía mecánica. Ese potencial energético puede ser

utilizado para producir trabajo en turbinas acopladas a un alternador (producir

energía eléctrica) o bombas (producir energía mecánica).

El vapor tiene un elevado calor específico.

Para entender mejor el ciclo de agua-vapor y sus componentes lo mejor es partir de un

esquema de una planta industrial. En este caso se hará a partir de una central térmica




convencional (figura 1.1). Los elementos principales de los que consta una planta

térmica son los que vienen determinados por los procesos que conforman un ciclo

Rankine (figura 1.2):

Bombas de agua de alimentación: conjunto de bombas encargadas de suministrar la

energía necesaria al agua de alimentación para transportarla del condensador al

generador de vapor. Éstas consiguen aportar la presión necesaria al fluido para

conseguir extraer trabajo en los cuerpos de turbina.

Generador de vapor: se trata de un intercambiador de calor Gas-Agua en el que se

produce el paso del agua saturada (subenfriada en ocasiones) hasta vapor

sobrecalentado. El combustible quemado en el hogar es el carbón, si bien en otro

tipo de centrales la diferencia principal con respecto a esta es el combustible

empleado en la producción de vapor.

Turbina de vapor: elemento encargado de transformar la energía térmica que

contiene el vapor en energía mecánica. El eje gira por el trabajo de expansión

realizado en los escalonamientos de los cuerpos de la turbina, de tal manera que el

fluido cede su energía y el eje de la turbina gira, haciendo que un alternador

transforme esa energía mecánica en generación de energía eléctrica.

Condensador: Tras la salida de la turbina el fluido es llevado a un intercambiador

Agua-Agua donde el agua de ciclo cede su energía al agua procedente de una torre

de refrigeración, alcanza el estado de agua satura-subenfriada de nuevo.

El resto de componentes de la central los consideramos secundarios. Los más

importantes que podríamos definir son:

Calentadores de agua alimentación: son intercambiadores de calor en los que el agua

de ciclo eleva su temperatura con el fin de reducir la cantidad de combustible

quemado en el hogar. Su empleo está relacionado con la mejora de rendimiento de

la planta.

Bombas auxiliares: conjunto de bombas repartidas a lo largo del ciclo que permiten

compensar la pérdida de carga que sufre el agua de ciclo en su circulación por

tuberías y equipos.

Torre de refrigeración: se trata de un intercambiador aire-agua en la que el agua de

condensación, empleada en la condensación del agua de ciclo en el condensador, se

refrigera con aire atmosférico. En otras centrales suele emplear el agua de mar como

agua de condensación al ser favorable el emplazamiento en el que están situadas.

Precipitador electroestático: equipo encargado de disminuir el nivel de cenizas que

contiene el flujo de gases a la salida del hogar.

Desulfuradora: el flujo de gases, tras haber pasado el precipitador electroestático, es

lavado con H2O para reducir las emisiones de SOx. El compuesto que se forma es

ácido sulfúrico. Y mediante la adición de Ca forma un compuesto denominado




caliza (CaCO3) comúnmente conocido como yeso el cual es empleado en otros tipos

de procesos.

Chimenea: Torre de expulsión atmosférica de los gases que previamente han sido

tratado en el precipitador y en la desulfuradora.

Atemperador: Situados a la salida del sobrecalentador en el generador de vapor, son

unas boquillas de pulverización de agua fría que sirven para aminorar la temperatura

del vapor antes de entrar a la turbina.

Desgasificador: equipo centrado en la eliminación de gases disueltos del agua de

alimentación en el proceso.

En la definición del ciclo de agua-vapor que se acaba de hacer, el papel fundamental del

desgasificador en una planta industrial es la de mantener en unos niveles adecuado el

grado de gases disueltos que es capaz de llevar el agua de ciclo antes de entrar en el

generador de vapor. Si se observa la figura 1.1 se puede ver que el desgasificador está

situado siempre antes del generador de vapor, en este caso de la figura 1.1, antes de las

bombas de agua de alimentación y los precalentadores de agua de ciclo.

Del mismo modo que se ha descrito el ciclo agua-vapor para una planta de potencia

térmica convencional se podría hacer para otro tipo como de centrales como las de ciclo

combinado o termosolares.

En centrales de fuentes renovables también es empleado el desgasificador. En la figura

1.3 se puede observar ver una Planta Solar de cilindro parabólico. En este caso un flujo

de sales fundidas calentadas por la radiación solar incidente sobre los cilindros

parabólicos ejerce como fluido generador de vapor. El agua va calentándose hasta

alcanzar el estado de vapor ligeramente sobrecalentado cuando es llevado a la turbina.

Tal y como pasaba en la anterior planta (figura 1.1) el flujo a la salida de la turbina es

llevado un sistema de condensación, torres de refrigeración en este caso, y luego todo el

agua es dirigida al desgasificador desde donde se eliminan los extractos de no

condensables que han ido disolviéndose a lo largo del recorrido por la planta.

En estas dos plantas que acabamos de mencionar, al igual que en otras, existe la

problemática de que el aire está presente tanto en la puesta en marcha de los equipos

como en el agua de alimentación de la caldera. La fuente de corrosión más común en el

sistema es debido a gases disueltos: oxígeno, dióxido de carbono y amoniaco. Pequeñas

concentraciones de estos gases pueden causar serios problemas de corrosión o „pitting‟.

De ahí la importancia de eliminarlos.




Figura 1.1. Central térmica convencional




Figura 1.2. Ciclo Rankine

Figura1. 3. Planta solar de cilindro parabólico.




Figura 1. 4. Instalación de vapor para calentamiento de procesos.

Los sistemas de las figuras 1.1 y 1.3 tienen como fin la producción de potencia. Sin

embargo también existen sistemas donde el uso del vapor es relativamente más sencillo,

como es el caso de la figura 1.4. La instalación de la figura 1. 4 representa una planta de

vapor que tiene por objetivo calentar un proceso, como es el caso de calentar cualquier

sustancia de tipo químico o en la creación de algún producto de material polimérico. El

agua de alimentación del ciclo adquiere la cantidad de energía necesaria en su paso por

el generador de vapor. Tras esto, pasa por el calentamiento del proceso deseado.

Después el fluido entra al desgasificador. Como se puede observar el desgasificador está

colocado antes del grupo de bombeo de agua alimentación (obviando grupos

regenerativos al margen) que, al igual que en los casos de las centrales de potencia,

pretende preservar el generador de vapor de agentes gaseosos no condensables que

fomentan el deterioro de la instalación por corrosión.

Esencialmente, la desgasificación consiste en eliminar los gases antes de que puedan ser

introducidos en la caldera o en el tanque de alimentación, previniendo la oxidación del

tanque, la caldera y el sistema de vapor de la planta. Con esto se consigue que el agua

de ciclo de una planta de procesos tenga una calidad mínima aceptable y esto repercute

en el grado de indisponibilidades que pueden ocurrir en el ciclo agua vapor por averías

en sus equipos principales y auxiliares.




1.3 Organización y contenido

El presente proyecto se divide en 5 capítulos. En el capítulo 1 se ve el alcance del

proyecto. Se describe el ciclo agua-vapor de una central térmica y una instalación de

vapor como referencia donde se debe instalar el desgasificador. Se describen, además,

los principales equipos que conforman una planta de vapor. Para un caso más genérico y

que se puedan aglutinar un mayor número de componentes, se ha realizado para una

planta de potencia.

El capítulo 2 explica los diferentes principios de desgasificación que se emplean a nivel

industrial. A partir de ellos se detalla cada uno de los mecanismos de desgasificación y

los equipos encargados de llevar a cabo dicha acción, centrándose finalmente en los

desgasificadores presurizados, cuya presencia en el sector industrial está ampliamente

representada por la mayoría de plantas de vapor. Se cierra el capítulo con un análisis

comparativo entre la desgasificación térmica y la desgasificación química en relación a

sus costes de operación. Así como también es estudia los diferentes tipos de

desgasificadores empleados en las instalaciones que usan agua-vapor como fluido

caloportador y su presencia en diferentes centros de producción de vapor.

Una vez explicado las diferencias entre cada tipo de desgasificador, en el capítulo 3, se

plantea la forma de selección de varios desgasificadores presurizados, para unas

condiciones determinadas, a partir de la definición de los parámetros caraterísticos de

equipos encargados de eliminar gases disueltos en el agua de alimentación. Se acude a

catálogos donde se muestra cómo trabajar con los principales parámetros de selección y

refleja las diferencias principales entre uno y otro. De modo similar se muestran las

bases para el predimensionado de elementos auxiliares. Además, se presentan los

principales elementos de instrumentación que se requieren en sistemas de

desgasificación y se informa de los problemas más comunes ocurridos durante la

operación de estos equipos.

En el capítulo 4 se aporta información sobre los principales fabricantes a nivel industrial

de desgasificadores, su localización, contacto y productos que ofrecen. También se

muestran las principales normas internacionales relacionadas con el proceso de

desgasificación en instalaciones de vapor.

Por último, el capítulo 5 ofrece una conclusión sobre lo que se ha querido transmitir en

este proyecto que indaga en el estudio del tratamiento de agua, desde el punto de vista

de la eliminación de gases disueltos, para la prevención y aumento de la vida útil de las

plantas de vapor.




2. DESGASIFICADORES

2.1 Introducción

El desgasificador es un equipo que elimina el oxígeno y otros gases contenidos en el

agua de alimentación de modo que se evite la corrosión de elementos y tramos que

componen el circuito agua-vapor de la planta. En medio acuoso, el hierro se oxida a

hidróxido ferroso por la acción del ión hidroxilo. Este, por acción de oxígeno en

disolución pasa a hidróxido férrico (de color rojizo), que implica corrosión. A elevadas

temperaturas el hidróxido ferroso se convierte a una capa densa de protección de color

negro denominada magnetita, que protege el metal del agua y del oxígeno. Sin embargo,

esta capa que va creciendo conforme a las horas de funcionamiento de la planta, puede

provocar graves averías porque su apilamiento genera grietas en los tubos y conductos

de los equipos, que se someten a altas temperaturas, motivadas por la escasa

transferencia de calor y a otros fenómenos mecánicos como desgarramientos producidos

por la consecuente dilatación térmica descontrolada. Debido a esto se requiere de una

adecuada intervención que impida la presencia de O2 y otros gases en un medio acuoso

como el que se trata en plantas con vapor como fluido caloportador.

En una planta de producción de vapor este equipo tiene las siguientes funciones:

Eliminación de gases:

Elimina, gracias al aumento de temperatura del agua, los gases disueltos que pueda

contener. Aprovecha la solubilidad inversa de los gases, según la cual los gases son

menos solubles en agua a alta temperatura.

Precalentamiento del agua:

Precalienta el agua con una nueva extracción de vapor de la turbina de baja presión, de

manera que se consigue elevar la temperatura del agua mezclando ésta con vapor

extraído de la turbina de baja presión. Incluso cuando la turbina no está en

funcionamiento pero hay vapor en la línea de vapor sobrecalentado se adiciona una

parte de él directamente al tanque, a través de unas boquillas situadas en la parte inferior

de éste.

Acumulador de agua:

Acumular agua a alta temperatura para alimentar las bombas de alta presión, con las que

se hace circular el agua condensada a través del tren de generación de vapor.

Evita cavitación:




Proporcionar la presión hidrostática necesaria (NPSH) para evitar el fenómeno de

cavitación de las bombas de alimentación.

La función de eliminar el oxigeno disuelto es de elevada importancia por ser causante

de fenómenos de corrosión muy peligrosos conocidos como “pitting”. Por ello, la norma

UNE 9-075 indica que el contenido de O2 disuelto en el agua ha de ser menor de 0,2

mg/L (ppm).

El fenómeno de corrosión conocido como “pitting” consiste en la reacción del oxígeno

disuelto en el agua con los componentes metálicos de la caldera (en contacto con el

agua), provocando su disolución o conversión en óxidos insolubles.

Las figuras 2.1 y 2.2 muestran los efectos del pitting en el interior de los tubos por los

que circula agua/vapor insuficientemente desgasificada. Las condiciones de presión y

temperatura que tiene el fluido propicia que las partículas de aire u otro gases no

condensables vayan agrediendo la superficie de los tubos, de tal forma que aparecen

microimpactos que se van sucediendo en el transcurso de la vida útil de los equipos.

Figura 2.1. Corrosión vista interior

Los resultados de este tipo de corrosión son tubérculos de color oscuro, los que se

forman sobre la zona de corrosión, tal como se muestra en las figuras 2.1 y 2.2.

Dado que la corrosión por oxígeno se produce por la acción del oxígeno disuelto en el

agua, esta puede producirse también cuando la caldera se encuentra fuera de servicio e

ingresa aire (oxígeno).

La prevención de la corrosión por oxígeno se consigue mediante el control del oxigeno

disuelto en el agua de alimentación, el cual se puede realizar de dos formas: mediante la

adición química de secuestrantes como Hidracinas, Aminas o Sulfito Sódico, o

mediante el sistema de calentamiento del agua de alimentación hasta una temperatura de




105 °C, temperatura en la que el agua no dispone de gases en disolución. Debido a la

toxicidad de algunos compuestos empleados en la desgasificación química, se suelen

usar desgasificadores térmicos.

Figura 2.2. Corrosión vista interior

Entre las ventajas principales de incluir este tipo de equipos en nuestra instalación

tenemos:

Disponibilidad:

Se trata de un equipo que no requiere un mantenimiento constante, lo cual significa una

mayor disponibilidad de la planta y una mayor rentabilidad.

Versatilidad:

Mediante pequeñas modificaciones en el sistema se puede proporcionar una correcta

adaptación a todos tipos de plantas de energía (combustible fósil, nuclear, ciclo

combinado, etc) y todas las condiciones de funcionamiento.

Ahorro económico:

La demanda de agentes químicos en caldera se reduce al realizar una desgasificación

mecánica en lugar de una química.




Ahorro energético:

Al disolver menos productos químicos en el agua de alimentación, por tratar el agua con

un desgasificador en lugar de hacerlo exclusivamente con agentes químicos, la purga y

sangrados en caldera disminuirán. Con lo que el agua de reposición necesaria será

menor y menos potencia calorífica necesitaremos para producir vapor.

Ahorro de combustible:

El vapor de escape de procesos, generador, bombas o posibles tanques de

almacenamiento pueden convertirse en fuentes absorbidas por el desgasificador de cara

a elevar la temperatura del agua de alimentación para una mejor eliminación de gases no

condensables. Al elevar la temperatura del agua de alimentación esto a su vez repercute

en la cantidad de combustible que se debe introducir en caldera para generar vapor

posteriormente. Un aumento de 10ºC en la temperatura del agua puede suponer una

reducción de 1% de combustible.

Fatiga térmica:

Ante un caudal de combustible más reducido, se producirán menos problemas por

gradiente de temperaturas en el interior del hogar. Lo cual lleva arraigado un menor

coste por mantenimiento.

Demanda de carga:

La disponibilidad de un tanque de almacenamiento en el equipo permite un mejor

comportamiento en operación de caldera debido a la rápida respuesta del sistema ante

variaciones de carga.

Como se puede deducir, la no presencia de este elemento en una planta de vapor resta

complejidad a la instalación. Suponiendo un ahorro en costes de inversión, sobre todo, y

de mantenimiento. Sin embargo, tal y como ya se ha dicho, la implantación de este

elemento en el sistema puede traer consigo, además de la protección frente a corrosión

del resto de elementos, importante ahorros anuales en cuestión de combustible, aditivos

químicos, agua de reposición en purgas y mantenimiento por problemas a consecuencia

de la corrosión como roturas y resquebrajamientos de tuberías y codos por los que

circula el agua. Éstos últimos tienen un coste asociado que, no sólo se refiere al costo de

reparación, sino también a los ingresos que se dejan de obtener por poner en paro la

planta en su mantenimiento.

Los requisitos principales que debemos exigirle a este tipo de equipos para un uso

adecuado y seguro serían los siguientes:

Robustez:




Están diseñados para ofrecer fiabilidad sostenida en un amplio margen de condiciones

de funcionamiento, incluyendo condiciones extremas.

Seguridad y eficiencia:

Eficiencia optimizada debido a que la cantidad de vapor requerido para el venteo y

calentamiento del agua de alimentación es relativamente pequeña. No existen riesgos

elevados de que se torne flujo hacia la turbina y ofrece una buena desgasificación para

gran parte del rango de carga.

Normas de calidad:

Existen normas de calidad para llevar un seguimiento estricto a la fabricación y uso de

este tipo de equipos que garantiza el correcto empleo y funcionamiento en la

instalación.

En el capítulo 2 se hará un repaso de las principales funciones de un desgasificador así

como las necesidades del mismo en una instalación de vapor. También se verá los

principios en que se basa la desgasificación y los tipos que existen, para terminar con un

análisis comparativo de los diferentes tipos de desgasificadores empleados en la

industria.

2.2 Principios físicos de la desgasificación

Tal y como se dijo con anterioridad, la existencia de gases no condensables en el agua

de alimentación de un proceso que emplea un ciclo agua-vapor ha de combatirse

mediante la desgasificación. Este proceso puede hacerse térmicamente, químicamente o

una combinación de ambos métodos.

2.2.1 Desgasificación térmica

En este proceso, la desgasificación se consigue aportando energía térmica al agua de

alimentación al generador de vapor.

Se basa en tres principios fundamentales: la Ley de Henry, la Ley de Dalton y el

concepto de solubilidad.

Ley de Henry: La concentración de un gas disuelto es proporcional a la presión del

gas en la atmósfera en equilibrio con la solución.

𝑝 = 𝐻 𝑥




Donde:

P es la presión parcial del gas [𝑎𝑡𝑚].

H es la constante de Henry, que depende de la naturaleza del gas, la temperatura

y el líquido [𝑎𝑡𝑚/ 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜

𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖 ó𝑛 ].

X es la concentración del gas (solubilidad). Se mide en [𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜

𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖 ó𝑛].

Ley de Dalton: La presión total de mezcla de gases es igual a la suma de sus

presiones parciales.

𝑃 = 𝑝𝑖

𝑛

𝑖=1

Donde:

P es la presión total del volumen de gases [𝑎𝑡𝑚].

pi es la presión parcial del gas „i‟ dentro del volumen de control de gases [𝑎𝑡𝑚].

Solubilidad: La solubilidad de un gas en un líquido decrece con el aumento de

temperatura:

Figura 2.3. Evolución de la concentración de 𝑶𝟐 con la temperatura del agua.




La figura 2.3 muestra la evolución del O2 disuelto en el agua ante el incremento de

temperatura. En la figura 2.3 se observa que a medida que la temperatura del agua

aumenta el oxígeno disuelto disminuye. Igual ocurre con otros gases como el nitrógeno

y el dióxido de carbono. Si el líquido se encuentra a su temperatura de saturación, la

solubilidad de un gas en él es nula, aunque se le deberá proporcionar la agitación

adecuada para asegurar la desgasificación completa. La temperatura que debe tener el

agua será, como mínimo, lo suficientemente alta como para garantizar que la solubilidad

de los gases entra dentro de lo aceptable, siendo en el mejor de los casos nula.

La tabla 2.1 muestra valores de la constante de Henry para diferentes temperaturas para

el 𝑂2 y para el 𝑁2 (H x 10-4

), donde H viene expresada en

𝑎𝑡𝑚. 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑔𝑎𝑠 (𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 ) :

Tabla 2.1. Evolución de Constante de Henry con la temperatura. (Perry, tablas 3.141 y 3.139)

Con la información mostrada en la tabla 2.1 se puede determinar que la relación de

concentraciones O2/N2 es diferente en aire que en agua. En la atmósfera la relación es

21/79 mientras que el aire disuelto en agua tiene una concentración de 34/66, lo cual

indica que el oxígeno en agua es más soluble. Esto sería otro modo de ver la necesidad

de someter a un cierto calentamiento el agua ciclo de un proceso para eliminar el

oxígeno disuelto.




Otra de las razones por la que se debe elevar la temperatura del agua de alimentación es

para evitar someter a excesiva fatiga térmica los tubos de la caldera. Cuando más fría

entre el agua de alimentación al economizador más gradiente térmico habrá y más

posibilidades de tener problemas mecánicos.

Con lo que aplicando los tres enunciados previos, para un correcto tratamiento del agua

de ciclo, debemos limitar el grado de gases disueltos trabajando a alta temperatura. Esto

permitirá alargar el funcionamiento y la vida útil de los equipos que conforman el ciclo.

2.2.2 Desgasificación química

Su función es la de eliminar químicamente el residual de oxígeno disuelto en el agua de

alimentación. Su uso, al igual que la desgasificación térmica, trata de evitar la corrosión

por oxígeno en forma de “pitting” en zonas como la caldera y en el sistema de agua de

alimentación.

A modo introductorio, existen diferentes productos químicos encargados de combatir el

gas disuelto en el agua de alimentación.

Eliminadores de O2: Sulfitos, hidracina, carbohidracina, DEHA, etc.

Eliminadores de CO2: se emplean aminas neutralizantes. Morfolina,

ciclohexilamina, DEAE, control de PH,…

Eliminadores de incrustaciones: tratan de controlar los depósitos. Fosfatos,

fosfonatos, dispersantes, …

La desgasificación química se basa en la mezcla del oxígeno con ciertas sustancias

químicas que reaccionan con el mismo. En esta reacción se atrapan las partículas de O2

e impiden su presencia como agente libre al verse formando nuevas moléculas químicas

con su reactante que no son perjudiciales para los equipos que conforman la planta. Una

de las sustancias utilizadas con mayor frecuencia para la desgasificación química es el

sulfito de sodio. Su funcionamiento como agente desgasificador se basa en la facilidad

para reaccionar con el O2, produciendo sulfato de sodio, el cual no provoca corrosión en

la instalación de vapor.

𝑁𝑎2𝑆𝑂3 +1

2𝑂2 → 𝑁𝑎2𝑆𝑂4

Otra forma de eliminar gases, en este caso CO2, sería mediante el control de PH. La

formación de CO2 proviene de las descomposiciones de bicarbonatos y otros carbonatos

en zonas de alta temperatura como es el caso de la caldera. Este CO2 acaba reaccionado

con el agua para formar ácido carbónico (H2CO3) al condensar. El ácido carbónico

disminuye el pH y genera corrosión, especialmente en la línea de condensado.




2(𝐻𝐶𝑂)− → (𝐶𝑂3)−2 + 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂

(𝐶𝑂3)−2 + 𝐻2𝑂 → 2𝑂𝐻 + 𝐶𝑂2

𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂 → 𝐻2𝐶𝑂3

Para controlar esta disminución de pH se añade aminas neutralizantes que se encargan

de reaccionar con el ácido carbónico y otros ácidos para formar sales al poseer pares de

electrones libres que pueden interaccionar con el hidrógeno potronado de estos ácidos.

Estas sales no resultan potencialmente corrosivas a diferencia de los ácidos de los cuales

provienen.

2.3 Clasificación de los desgasificadores

Entre los tipos de desgasificación podemos encontrar la desgasificación por vacío, la

desgasificación química y la desgasificación térmica. La desgasificación química se

lleva a cabo mediantes agentes químicos añadidos al agua de alimentación en algún

punto del proceso. La desgasificación térmica por su parte la realizan desgasificadores

atmosféricos o presurizados como puedan ser el tipo pulverizador (spray) o de bandejas

(tray). También hacen esta función los desgasificadores de vacío que por su modo de

actuar suelen emplearse en relativamente pequeñas plantas de procesos dado a los

limitados rangos de presión en los que trabaja.

Atendiendo a un criterio u otro, podemos elaborar una clasificación de desgasificadores

según el método de desgasificación que emplean, su aplicación y la eficiencia máxima

de eliminación de O2 del agua que tratan.

Según método de desgasificación:

Vacío

Químico

Térmico Desgasificador Presurizado Desgasificador Atmosférico

Según aplicación:

Plantas de Elaboración de productos

Desgasificador por vacío Desgasificador atmosférico

Desgasificador químico

Plantas de Potencia Desgasificador presurizado

Desgasificador Termoquímico




Según eficacia máxima de reducción de O2:

1º) Desgasificador químico:∼ 0 ppb

2º) Desgasificador presurizado: 2 ppb

3º) Desgasificador por vacío: 65 ppb

4º) Desgasificador atmósferico: 5000 ppb

A la hora de desarrollar el tema, se seguirá el orden empleado en el criterio de método

de desgasificación. En los subapartados 2.3.1 y 2.3.2 se describen los desgasificadores

por vacío y los desgasificadores químicos respectivamente, mientras que los

desgasificadores térmicos se desarrollan en el apartado 2.4 en mayor profundidad.

2.3.1 Desgasificadores por vacío

Un equipo desgasificador por vacío principalmente se compone de tres elementos

(figura 2.4):

Desgasificador: dentro del tanque desgasificador existe un fondo intermedio bajo el

cual hay montado un depósito para agua desgasificada (ya tratada). En la parte

superior del tanque hay instaladas boquillas pulverizadoras o algún mecanismo que

ayuda a separar el condensado del gas.

Grupo extracción de gases por vacío: componente esencial de este desgasificador.

Es el encargado de separar los gases no condensables, además de algunas trazas de

vapor, del condensado que formará parte del agua de alimentación del proceso. En

algunos equipos se emplean eyectores de vapor y en otros, bombas de vacío. Ambos

tipos realizan la misma función.

Grupo de bombeo a proceso: transporta el condensado hacia la planta de proceso.

Este tipo de desgasificador se emplea para el tratamiento del agua que circula por las

plantas de elaboración de productos, como la industria alimentaria o química, y su

principio de funcionamiento de basa en la eliminación de gases mediante la creación de

vacío. Unas bombas (o eyectores de vapor en su defecto) eliminan el aire dentro de un

espacio confinado haciendo que la densidad del aire dentro de éste disminuya. En la

cámara se crea un vacío a través de la extracción de moléculas de aire y su posterior

expulsión del sistema de tal manera que la descarga de aire al exterior se produce a

presión atmosférica y la cámara se encuentra a depresión.

El oxígeno se encuentra disuelto en el agua de reposición y en este estado entra en la

torre de desgasificación donde normalmente el contenido en oxígeno en condiciones de




operación es de 8 ppm. El contenido de oxígeno puede reducirse a algo menos de 0,65

ppm con un desgasificador por vacío.

El agua entrante (agua de reposición), que contiene oxígeno disuelto en ella, es

precalentada a unos 40-90 ºC, dirigiéndose a la parte superior del desgasificador. Con el

fin de optimizar la eliminación de oxígeno, la torre de desaireación, está formada por

bocas pulverizadoras que divide el agua en pequeñas partículas. Con esto se consigue

aumentar la superficie del líquido para facilitar el posterior desprendimiento de los

gases disueltos. Una bomba de vacío (Vacuum pump) crea el vacío necesario para que

el agua de reposición hierva. Cuando el agua es evaporada, el oxígeno se libera y se

elimina por medio de esta bomba. Posteriormente el agua desgasificada es dividida en

dos corrientes, una es bombeada hacia la red de calentamiento del proceso y la otra

corriente es realimentada de nuevo al tanque de desgasificación.

La figura 2.5 muestra un esquema del funcionamiento que acabamos de describir. El

agua de reposición (punto 1) es mezclada y arrastrada por el agua desaireada de la

realimentación (punto 3). Este flujo (2) es llevado hacia las boquillas de pulverización

(C) para ser dividido en pequeñas gotas que facilite la eliminación de gases no

condensables. Una bomba de vacío (A) se encarga de evacuar estos gases además de

una corriente de vapor (4). El agua tratada va cayendo a un depósito del que se va

extrayendo el agua ya desgasificada mediante la bomba de condensado (B) e

impulsándola hacia el proceso (6).

Una variante con respecto al tipo de desgasificador por vacío estándar se puede observa

en la figura 2.6. Se trata de un desgasificador por vacío mediante eyector de vapor.

Estos desgasificadores constan, básicamente, de un recipiente cerrado, donde un relleno

(1), sostenido por una parrilla por encima de la cual hay una serie de pulverizadores (2)

que dispersan el agua, actúan como medio de intercambio líquido-vapor.

Este relleno asegura el máximo contacto agua-vapor, favorecido, a su vez, por la

dispersión que se logra en los pulverizadores.

Un eyector de vapor (3), o en algunos casos simplemente una bomba de vacío como en

las figuras 2.4 y 2.5, mantienen el equipo a la presión correspondiente a la temperatura

de ebullición del agua o muy próxima a ésta. El eyector evacua el aire y otros gases

creando un vacío en la torre. En la figura 2.7 se aprecia una corriente de vapor (fluido

impulsor), procedente de caldera generalmente, que entra en el eyector. Esta corriente

va fluyendo por una pequeña cavidad de sección decreciente que hace disminuir la

presión (al adquirir el vapor alta velocidad). Esta disminución de presión es transmitida

al tanque mediante una conexión interna y de este modo va succionando aire y otros

gases. El eyector debe permitir que evacuen al exterior los incondensables que se están

separando del agua más el vapor en equilibrio a esa presión a través de una tercera

conexión.




Figura 2.4. Partes principales de degasificador por vacío

El equipo debería funcionar a una presión total igual a la presión de vapor del agua más

la suma de las presiones parciales de los gases que se están desprendiendo.

Sin embargo, se inyecta vapor de agua a través del conducto (4) ubicado debajo de la

parrilla, para trabajar a mayor temperatura, lo que permite que el nivel de vacío no sea

tan alto, y a su vez favorecer el desprendimiento de los incondensables.

La entrada de vapor se regula a través de una válvula, por la medida de la temperatura

del equipo. A su vez, un control de nivel es el que regula la entrada de agua a los

pulverizadores. En el esquema estos controles pueden apreciarse a la derecha y a la

izquierda del equipo, respectivamente.

Este tipo de desgasificadores no suelen emplearse con tanta frecuencia como el caso de

los térmicos o la desgasificación química. Su uso se ve limitado a sistemas de

dimensiones más reducidas y a procesos que no se requiera un gran consumo de vapor

debido al alto coste de operación en bombas de vacío o por las limitaciones de los




eyectores, además de que la eliminación de gases resuelta mediante vacío es menos

eficiente que otro tipo de desgasificadores a medida que el caudal de agua de ciclo sea

mayor en la planta. Además de esto, la extracción de gas mediante vacío es bastante

menos eficiente que, por ejemplo, los térmicos-presurizados. No ya únicamente por los

incondensables que es capaz de eliminar, sino también por la dificultad de separar los

gases ventilados del vapor. Con lo que este tipo de desgasificación conlleva un arrastre

no despreciable de vapor, y por tanto, un consumo relativamente mayor de agua de

reposición de aporte al ciclo.

Figura 2.5. Esquema de funcionamiento de desgasificador a vacío.




Figura 2.6. Desgasificador por vacío. Tipo eyector.

Figura 2.7. Eyector de vapor de desgasificador por vacío.




2.3.2 Desgasificadores químicos

En la desgasificación química el proceso de adición de agentes químicos se realiza a

través de depósitos llenos con la sustancia desgasificadora correspondiente conectados a

la red de agua de ciclo de la planta. Uno o varios compuestos químicos se encargan de

eliminar el oxígeno disuelto en el agua de alimentación. Su continuo uso conlleva un

costo adicional de eliminación de purgas para prevenir posibles deposiciones de sales y

otras partículas. Cumplen la misma función que un desgasificador térmico, solo cambia

la forma.

Este tipo de desgasificadores son, en esencia, un depósito en el que un equipo de

bombeo inyecta en algún punto de la red de condensado (ver figura 2.12) el nivel

adecuado de agentes químicos para el proceso de desgasificación del agua. En la figura

2.8 puede observarse un ejemplo de estos equipos. Las entradas principales son los

puntos 3 y 4, mientras que las salidas son el 1, 5 y 6. La corriente (1) es la salida de

sustancia del depósito hacia el grupo de bombeo. La corriente (2) es el flujo de líquido

bombeado hacia algún punto de la instalación donde es inyectada la solución para el

proceso de tratamiento de agua. La toma (3) es el punto por donde el depósito de

almacenamiento es recargado de la sustancia desgasificadora correspondiente. La (4) es

la toma de agua para generar la disolución. Mientras que los puntos (5) y (6) son de

rebose y vaciado respectivamente.

Figura 2.8. Entradas y salidas de un desgasificador químico. C.T. Los Barrios (Cádiz)




Los componentes básicos de este desgasificador pueden verse en la figura 2.9. Se

nombran a continuación:

(1) Agua de aportación.

(2) Carga de agente químico.

(3) Descarga válvula de seguridad.

(4) Aspiración de bombas.

(5) Indicador de nivel.

(6) Grupo de bombeo a ciclo.

(7) Rebose.

(8) Tubería de transporte de solución hacia agua de ciclo.

(9) Vaciado del depósito.

En medio acuoso, el hierro se oxida a hidróxido ferroso por la acción del ión

hidroxilo. Este, por acción de oxígeno en disolución pasa a hidróxido férrico (de

color rojizo), que implica corrosión. A elevadas temperaturas el hidróxido ferroso se

convierte a una capa densa de protección de color negro denominada magnetita, que

protege el metal del agua y del oxígeno. Pero a temperaturas relativamente bajas el

hidróxido férrico crea complicaciones operacionales cuyas consecuencias pueden

provocar costes por indisponibilidades en la planta como ya se ha comentado

anteriormente.

Figura 2.9. Componentes principales de un desgasificador químico. C.T. Los Barrios (Cádiz)




Existen diferentes productos encargados de eliminar los gases disueltos en el agua de

alimentación. A continuación se analiza la eliminación de O2, de CO2 y de

incrustaciones.

a) Eliminadores de O2

Sulfitos:

Reacciona con el oxígeno formando sulfato sódico. Debe dosificarse en continuo en el

agua de alimentación de la caldera (depósito del desgasificador), controlando la

existencia de residuales para eliminar el oxígeno. La formación de sulfato sódico

aumenta sólidos disueltos y a presiones altas (>50 bar) se descompone en dióxido de

azufre.

La velocidad de reacción entre sulfito sódico y oxígeno es rápida. Sin embargo a

temperaturas bajas es necesario utilizar trazas de sulfato de cobalto para acelerar la

reacción (catalizador). Para presiones mayores a 80 psi (5,52 bar) no es recomendable el

sulfito sódico. El sulfito sódico catalizado (con sulfato de cobalto) reacciona mucho más

rápido que el no catalizado y es recomendable dosificarlo por separado en el depósito

del desgasificador. La proporción estequiométrica a añadir es de 7,88 ppm de sulfito

sódico por cada 1 ppm de oxígeno, pero se recomienda el empleo de una 10:1.

Hidracina:

Sustituyó al sulfito en sistemas de alta presión. La ventaja principal es que no

incrementa sólidos en la caldera, pero tiene el problema que está en la lista de productos

cancerígenos (OSHA PEL 0,1 ppm, SARA Title IIISection 313 reporting) y como tal

requiere de una manipulación especial. Actualmente el uso se circunscribe a los grandes

sistemas de generación de vapor (centrales eléctricas). La hidracina (al 35%) se

alimenta directamente al agua de alimentación a razón de 0,05÷0,10 ppm. A

temperaturas inferiores a 150ºC la reacción es muy lenta, el uso de hidroquinona como

catalizador aumenta la velocidad de la reacción 10÷100 veces. A temperaturas

superiores a 400ºC la hidracina se comienza a descomponer en amoníaco, que es

corrosivo para el cobre y otras aleaciones.

Carbohidracina:

Es el sustituto de la hidracina y actúa igual que ésta pero no tiene los peligros relativos a

la misma. Al igual que la hidracina, no aumenta los sólidos en la caldera. Pero tiene el

inconveniente que la reacción con el oxígeno genera 0,7 ppm de dióxido de carbono por

cada ppm de oxígeno, lo cual se debe tener en cuenta en el cálculo de necesidades de

amina.

Neutralizante:




La estequiometría a utilizar es de 1,4 ppm de carbohidracina por cada ppm de oxígeno

disuelto, y se dosifica directamente al sistema en forma de solución 6.5%. La dosis

recomendada en el agua de alimentación es la suficiente para controlar 0,05 ÷0,3 ppm

como hidracina, ya que se da ésta en el interior de la caldera.

Ácido eritórbico:

Es un ácido orgánico, isómero de la Vitamin C. Por esto es reconocido por la FDA

como un producto GRAS para aplicaciones donde el vapor está en contacto con

alimentos. La solución al 10% de ácido eritórbico tiene un pH de 2,1. El producto se

formula a pH 5,5 con aminas neutralizantes o amoníaco. Se cataliza con sulfato de cobre

(1:50).

Metiletilcetona (MEKO):

Es un reductor del oxígeno disuelto que tiene un ratio de distribución más alto que la

DEHA, y funciona mejor que ésta en sistemas largos de de condensados. El ratio de

distribución está entre el del DEAE y la ciclohexilamina. La Metiletilcetona reacciona

más rápidamente que cualquier otro sustituto del sulfito sódico. Se necesitan 5,4 ppm de

MEKO por cada ppm de oxígeno disuelto. El MEKO no tiene las mismas capacidades

pasivadoras que la DEHA, así que su uso no esta tan aconsejado.

Hidroquinona:

Tiene rápida velocidad de reacción, incluso en agua fría. Se puede utilizar sola como

desoxigenante. Usada habitualmente como catalizador para la Hidracina, DEHA, y

Carbohidrazida, incluso para usos a baja presión. En desmineralizadores de lecho mixto

puede producir ennegrecimiento de las resinas debido a la rápida reacción de reducción.

La Hidroquinona es estable hasta 275° C, la descomposición final genera dióxido de

carbono. La estequiometría requerida es de 6,9 ppm de hidroquinona por cada 1 ppm

oxígeno.

N,N'-dietilhidroxilamina (DEHA):

Desoxigenante volátil, pasiva las superficies metálicas de la caldera y líneas de

condensados. Es un fuerte reductor capaz de revertir el rojizo óxido férrico a magnetita

manteniendo residuales en la caldera entre 150 y 300 ppb. Catalizado con hidroquinona

actúa a bajas temperaturas. La estequiometría es de 1,24 ppm de DEHA por cada 1 ppm

de oxígeno disuelto, pero se obtienen mejores resultados con una relación 3:1. En su

reacción con el oxígeno se forma ácido acético e incluso se puede descomponer en

dióxido de carbono, lo cual requiere un consumo adicional de amina neutralizante. Se

descompone en amoníaco a partir de 280ºC frente a 168ºC para la hidracina. El análisis

de la DEHA se realiza mediante un kit basado en la reducción del ión férrico a ferroso.




b) Eliminadores de CO2

El dióxido de carbono disuelto en el agua (sobre todo si no hay una adecuada

desgasificación o bien el agua es sólo descalcificada, por lo que conserva la alcalinidad

dando lugar en la caldera a la descomposición de carbonatos y bicarbonatos en dióxido

de carbono) pasa al vapor y al condensar pasa a ácido carbónico dando lugar a corrosión

ácida de las líneas de retorno, contaminando el condensado con hierro disuelto. Por ello

es necesario añadir una amina neutralizante para mantener un pH=8,3÷8,5 mínimo. A

una dosis de 2÷3 ppm de producto debería bastar la cantidad de amina neutralizante

añadida.

Su función es la eliminación química del dióxido de carbono en el agua de alimentación

tras la desgasificación mecánica o por descomposición de carbonatos y bicarbonatos. Su

uso evita la corrosión ácida por bajo pH en líneas de condensados.

La Amina neutralizante forma sales al reaccionar con el ácido carbónico procedente del

dióxido de carbono del vapor. La Amina Neutralizante también eleva el pH del

condensado por formación de hidroxilos. Un desgasificador térmico debe crear el

stripping (fenómeno el que se produce intercambio de compuestos entre la fase líquida y

la fase gas) de las sales y permite la regeneración de la amina.

c) Eliminadores de incrustaciones:

La principal función de los antiincrustantes es la precipitación química y quelación de

iones, inhibición y/o dispersión para evitar la formación de incrustaciones procedentes

de las sales disueltas en el agua de calderas. Su uso evita incrustaciones, pérdida de

eficiencia energética, etc. No son agentes desgasificadores como tal, pero pueden

incluirse en la participación de eliminación de gases disueltos por la capacidad que

tienen de preparar el consensado para el tratamiento de desgasificación posterior. Los

principales productos utilizados son fosfatos, quelantes, fosfonatos y dispersantes.

El caso siguiente (figura 2.10) es un tanque de desmineralización de la CT. Los Barrios

(Cádiz). El agua procedente del condensador entra en el recipiente (por medio de las

entradas 1, 2 y 3). En su interior, el condensado entra en contacto con resinas

desmineralizadoras que permiten limpiarlo de sales. De modo que evita la incrustación

motivada por el acumulamiento de sales y otras sustancias, y además, sirve de

preparación para recibir el tratamiento químico correspondiente descrito en el apartado:

hidracina, carbohidracina, etc.

Tras pasar el condensado por el tanque, el agua sale por el punto (4) (figura 2.11) y

recibe inyección de aditivo químico en algún punto de la red (figura 2.12).

Posteriormente el condensado ya tratado se dirige hacia el desgasificador térmico de

dicha central (sistema de agua de ciclo). Para este ejemplo esta planta emplea una

combinación de desgasificación química y térmica. En las etapas que sigue el agua, tras




su paso por el condensador, aditivos químicos como hidracina (desgasificación) y resina

aniónica-catiónica (desmineralización) son inyectados al pasar por los respectivos

tanques de almacenamiento. Tras esta primera desgasificación el agua tratada es llevada

al desgasificador (desgasificación térmica) para eliminar el resto de gases no

condensables antes de introducirse en el economizador de la caldera.

La figura 2.12 muestra las inyecciones de dos sustancias químicas que provienen de

tanques como el mostrado en la figura 2.8. La corriente (1) es hidróxido amónico, usado

como inhibidor de corrosión y antiincrustante. La corriente (2) es hidracina,

secuestrante de oxígeno disuelto. Ambas corrientes se inyectan al agua de ciclo a una

temperatura de unos 30ºC y presión de 39 bar.

Figura 2.10. Tanque de desmineralización C.T. Los Barrios (Cádiz)

En ocasiones, la desgasificación suele combinar los métodos químico y térmico. El agua

de aporte al ciclo suele tratarse con un aditivo químico que aumente la capacidad de

eliminación de gases no condensables, y más si pertenece a instalaciones que requieren

de un agua alimentación de alta calidad.




No obstante, cabe mencionar que una de las desventajas con respecto a la

desgasificación térmica son los costos asociados al aditivo químico en sí y la purga. Los

costos de mantenimiento se ven aumentados debido a que el agregado de productos

químicos al agua de alimentación aumentan la frecuencia de purga en el generador de

vapor, y esto a su vez, aumenta el agua de reposición que debemos introducir en el

sistema posteriormente.

Muchas industrias, siempre que la inversión lo permita y sus condiciones de operación

también, se decantan por una desgasificación térmica que, en ocasiones, puede venir

acompañado de algún aditivo químico que ayude a una desgasificación más completa.

Figura 2.11. Tanque de desmineralización C.T. Los Barrios (Cádiz)




Figura 2.12. Puntos de inyección de hidracina e hidróxido amónico C.T. Los Barrios (Cádiz)

2.4 Desgasificadores térmicos

La desgasificación térmica se basa en el fenómeno físico por el que la solubilidad de un

gas disuelto en agua (que no haya reaccionado químicamente con él) disminuye al

aumentar la temperatura del agua, de manera que, tiende a anularse cuando se alcanza la

temperatura de saturación correspondiente a la presión existente. Eso quiere decir que, a

medida que vamos calentando el agua en el desgasificador se irán desprendiendo los

gases disueltos, de manera que se habrán eliminado la práctica totalidad al alcanzar la

temperatura de saturación a la presión de servicio.

Con la desgasificación térmica se alcanzan valores normales de residuos de O2 por

debajo de 0,007 ppm y de 2 ppm para el caso de CO2.

Los tipos de desgasificador que manejan el método térmico como eliminación de O2 son

el atmosférico y el presurizado. Aunque como se verá más adelante el grado de

eliminación es bastante mayor en los presurizados.

Los desgasificadores térmicos son empleados en el rango completo de instalaciones de

vapor.

2.4.1 Desgasificadores atmosféricos




Dentro de la categoría de desgasificadores térmicos el desgasificador atmosférico es el

más simple. Su empleo no es el más eficiente dentro de la categoría, sin embargo, es el

de menor coste. Su nivel de reducción de O2 garantiza niveles de unas 5 ppm, algo

insuficiente para los requisitos que se plantean en plantas grandes. Esta es la principal

razón por la que su uso es el más restringido de todos los tipos de desgasificadores y

que no pueda emplearse en ciertas instalaciones de vapor como son las dedicadas a la

generación de energía, la cual tienen mucha importancia en la economía actual. No

obstante puede tener aplicaciones en pequeños procesos relacionados con el sector de la

alimentación, por ejemplo.

En la figura 2.13 pueden verse los flujos de entrada y salida de este tipo de equipos. Las

entradas (1) y (5), son de retorno de condensado. La entrada (4) es un flujo de vapor

regulado por una válvula reductora. El flujo (3) es el agua de reposición que permite

restaurar los niveles de agua de ciclo. Las salidas (2) y (6) son de gas ventilado y

condensado tratado respectivamente. Finalmente cabe destacar dos flujos de trasiego de

una parte a otra. La corriente (7) es agua condensada no trata que es llevada a la sección

presurizada con el fin de pulverizarse en pequeñas gotas, mientras que la corriente (8) es

una mezcla de agua, vapor y gases cuyo fin es el de calentar la sección atmosférica.

Figura 2.13. Esquema desgasificador atmosférico patentado por M. Bekedam (1994)




Por otro lado, los componentes principales de los desgasificadores atmosféricos vienen

determinados en la figura 2.14:

Figura 2.14.Componentes principales desgasificador atmosférico

(1) Sección atmosférica

(2) Orificio de ventilación de gases

(3) Sección presurizada

(4) Entrada de vapor

(5) Conducto de aspersión

(6) Conducto de gases calientes

(7) Bomba de trasiego

(8) Salida de condensado. Agua de ciclo

(9) Entrada de agua de reposición

(10) Entrada de condensado (por gravedad)

(11) Entrada de purga de caldera

(12) Válvula reguladora de vapor

El desgasificador se divide en dos secciones: una a presión atmosférica y otra

presurizada. La parte a presión atmosférica o ventilación tiene como fin eliminar en la

medida de lo posible el nivel de gases no condensables y mantener la temperatura del

agua de ciclo. Además de minimizar la pérdida de vapor debido a la ventilación en la

sección no presurizada.




Las dos divisiones del equipo de desgasificación son substancialemente iguales. Está

construida a través de un recipiente exterior que contiene. La sección en la que se

pulveriza el condensado no tratado se mantiene ligeramente presurizada por el vapor

entrante empleando para ello un control de presión y/o temperatura. Este vapor de agua

entrante está regulado bien sea por una temperatura controlada o bien por una válvula de

suministro de vapor de presión controlada. El vapor entrante en la sección presurizada

puede ser controlado empleando control de temperatura o presión simples, un

dispositivo de medida en la sección atmosférica da orden de abrir o cerrar la válvula que

regula el caudal de vapor encargado de calentar el condensado con el objeto de liberar

los gases disueltos que contenga.

La comunicación entre la zona presurizada (en la que el fluido se calienta) y la zona de

ventilación (a presión atmosférica) es por medio de un conducto que emana gases

calientes desde la sección presurizada a la sección atmosférica (de venteo). El conducto

de gases calientes es abierto y lleva flujo bifásico agua-vapor, gases no condensables y

algo de vapor hacia la sección de ventilación donde se eliminan los gases no

condensables y se recupera parte del vapor.

El conducto de gases calientes tiene un extremo abierto en el nivel superior de la

sección presurizada que funciona como tubería de desborde. Esta tubería actúa para

mantener el nivel de agua en la sección a presión del desgasificador, que debido a su

tamaño, sirve como elemento auxiliar de presión de emergencia. Normalmente el agua

en el tubo vertical puede tener un nivel máximo en la sección de calentamiento debido a

que se encuentra en depresión. Sin embargo, si la presión llega a ser excesiva el agua es

soplada a través del tubo hacia la sección de ventilación proporcionando de este modo

una forma clara para descargar presión, desde la sección de venteo hacia la atmósfera.

Durante el funcionamiento normal, el agua es forzada a ir por el interior de los tubos en

la sección atmosférica debido al flujo continuo de gases.

La sección de ventilación consta de un sistema de venteo atmosférico que está

protegido por un condensador de ventilación que pulveriza por medio de un spray de

forma cónica agua relativamente fría del suministro de agua de reposición. El agua fría

condensa vapor de agua y absorbe trazas de condensado que cae del agua de reposición

al depósito de agua en la sección de ventilación del tanque.

Una bomba de trasiego transporta agua desde las capas inferiores más frías del fondo de

la sección de ventilación a través de una línea dirigida hacia a la sección de

calentamiento donde se pulveriza el agua por medio de una serie de boquillas. Los gases

no condensables pasan en pequeños volúmenes desde la sección de calentamiento hasta

la de evacuación de gases (venteo) por medio del conducto calentador junto con trazas

de vapor que acabarán siendo venteadas por el orificio de ventilación. El agua altamente

atomizada, y calentada por el contacto la atmósfera de vapor creada, libera los gases y




éstos son transportados por el vapor a través del conducto calentador hacia la sección

atmosférica.

La válvula de control regula la cantidad de flujo de vapor sobrecalentado a presión para

recalentar agua extraída del fondo de la sección atmosférica. El vapor conduce cualquier

resto de gas no condensable de la circulación de agua pulverizada en la sección de

calentamiento. Tanto vapor, vapor condensado y gases no condensables son llevados

por el conducto de gases calientes para burbujear el agua ligeramente más fría de la

sección de mezcla.

Por otro lado, un sensor de temperatura sumergido en agua en la sección de ventilación

mantiene la temperatura del agua mediante regulación del flujo de vapor sobrecalentado

que pasa a través de la válvula de control de vapor, que actúa como un sobrecalentador,

para elevar la temperatura de la sección a presión ligeramente mayor con respecto a la

sección atmosférica.

Si bien una alternativa a esto último sería colocar un sensor de presión en la sección

atmosférica para mantener un nivel de presión no elevado en la sección presurizada a

través del empleo de un venteo forzado a la atmósfera en la sección de ventilación.

Las purgas de vapor de caldera son retornadas a la sección presurizada. El retorno por

gravedad lo usa el agua para volver a la sección atmosférica. El agua fría de reposición

es pulverizada de forma cónica alrededor del venteo atmosférico para condensar

cualquier resto de vapor rezagado y enjuague el agua-vapor transportado por la masa de

gases no condensables. Los gases son eliminados por venteo y el agua cae por la sección

de ventilación mezclándose con el condensado de retorno.

Este tipo de desgasificadores son particularmente adecuados para procesos industriales

donde la demanda de vapor y el condensado retornado sean variables. Tiene la ventaja

de que puede combinarse con intercambiadores de calor y condensadores flash para

maximizar el grado de eficiencia en los circuitos agua-vapor.

De este modo el funcionamiento queda esquematizado en la figura 2.15 donde las líneas

en azul son agua condensada, las rojas son las líneas de vapor en el proceso y la verde

son gases incondensables.

Una primera sección (sección de ventilación o atmosférica) con una cierta cantidad de

agua y gas a la presión atmosférica. Esta zona, situada a la izquierda de la figura 2.15,

tiene un dispositivo de venteo a la atmósfera.

Una segunda sección (sección presurizada o a presión situada en la derecha de la figura

2.15) que contiene un nivel de agua determinado y un volumen de gas bajo una presión

ligeramente mayor a la atmosférica. Esta zona tiene una admisión de vapor y otra de

contacto directo a mayor temperatura que desgasifica el agua calentándola. En esta




sección, la admisión de vapor y la de contacto directo incluyen un pulverizador de agua

que esparce una fina capa de agua atomizada que rodea al volumen de gas sobre el nivel

predeterminado. El conjunto de boquillas pulverizadoras están situadas al final del

conducto de aspersión que se denominaba en la figura 2.14

Ambas secciones están comunicadas a través de un conducto en forma de L donde la

parte vertical está comprendida en el interior de la sección presurizada. En la zona

superior de este conducto (conductor de gases) se encuentra la admisión de agua situada

en el nivel predeterminado de la sección a presión. Mientras que la parte horizontal del

conducto está colocada en la sección atmosférica quedando sumergida en el agua de

este medio en donde el paso comunicante entre la sección a presión y la sección de

ventilación supone un escape para la masa de gases y un medio seguro de disminución

de exceso de presión de estos gases en la parte presurizada del equipo.

Existe un circuito de agua continuo desde la sección atmosférica hacia las boquillas de

pulverización colocadas en la sección presurizada y un segundo circuito de agua que

conecta la zona a presión con la caldera. La admisión de vapor se regula mediante una

válvula que controla el gasto de vapor que llega a la sección presurizada desde el

conducto de vapor procedente del proceso. Un sensor conectado a esta válvula de

control regula el flujo de vapor entrante, y por tanto, el calentamiento en la zona a

presión del desgasificador.

Existen variantes respecto al modelo original. Como es el caso de la figura 2.16. En ella

podemos apreciar que es de menor complejidad, dado a los avances técnicos, en los que

no hay una división en sección atmosférica y presurizada. No obstante el

funcionamiento es muy similar. Se extrae un sangrado de flujo bifásico desde la caldera

donde el vapor se emplea como fluido sobrecalentador usado para elevar la temperatura

del agua del tanque y la corriente líquida se emplea para precalentar el agua de

reposición (Incoming Make-up). En la torre de desgasificación afluyen el condensado

retornado, vapor y el agua de reposición anteriormente mencionada.

En el cabezal de desgasificación se mezclan todas las corrientes entrantes, de tal modo

que el sangrado de caldera, pasando previamente por un vaporizador flash que reduce su

presión hasta la presión atmosférica, será el encargado de aportar la energía térmica

necesaria para evacuar los gases no condensables disueltos tanto en el agua de

reposición como en el condensado retornado. Estos gases son eliminados de forma

automática por el orificio de ventilación. El flujo resultante de la mezcla de las tres

corrientes desciende a lo largo del cabezal por gravedad hasta el fondo del tubo de

inmersión que está acoplado al tanque donde se va almacenando el condensado ya

tratado. Esto se puede observar en la figura 2.17.




Figura 2.15. Esquema funcionamiento desgasificador atmosférico

Cuando el agua logra alcanzar la temperatura de saturación los gases que ésta contiene

son liberados de tal forma escapan por el sistema de ventilación del desgasificador junto

con trazas de vapor que no se logra retener.

En la cabeza de la torre está situada la válvula reguladora de vacío (Vacuum breaker)

que impide el retorno de flujo de gases no condensables para forzarlos a ser eliminados

por el sistema de venteo.

En el fondo del desgasificador se encuentra el canal de salida hacia caldera del agua

tratada en el proceso que se acaba de describir.

En general, este tipo de plantas en las que se usan desgasificadores atmosféricos tienen

una capacidad de desaireación más limitada que las que usan desgasificación a presión.

De modo que este proceso suele venir acompañado, depende del funcionamiento y

objeto de la planta, de un tratamiento por desgasificación química que permita reducir

más los niveles de gases en el agua de alimentación.




Figura 2.16. Desgasificador atmosférico (variante)

Figura 2.17. Cabezal de desgasificación de desgasificador atmosférico




En cuanto a parámetros de operación son similares a los de los desgasificadores a

presión, ya que en la práctica se emplean temperaturas de agua de alimentación de 85ºC

para evitar daños en bombas y auxiliares, siendo la temperatura de saturación en este

caso de 100ºC.

2.4.2 Desgasificadores presurizados

El grado de desgasificación logrado por los desgasificadores atmosféricos resulta

insuficiente. Como evolución surgen los desgasificadores presurizados. La idea de

obtener un agua con menor concentración de gases disueltos mediante una subida de

temperatura se mantiene pero el grado de eliminación puede ser hasta 90 veces mayor.

La adición de un agente químico (como es el sulfito sódico e hidracinas) permite

eliminar el oxígeno y prevenir de corrosión en alto grado. Este es un tratamiento común

en plantas con generadores de vapor en algunas zonas de Europa (como Reino Unido y

Alemania). Sin embargo existen plantas que, en función de su tamaño, aplicaciones u

otros criterios, necesitan reducir las concentraciones de elementos químicos en sus

aguas de ciclo. Para plantas que precisan reducirlos es normal emplear desgasificadores

a presión o por vacío, siendo los primeros de mayor capacidad de eliminación de gases.

Este dispositivo consiste en un depósito a presión en el cual se mezcla agua y vapor a

velocidades controladas. Cuando esto ocurre, la temperatura del agua se eleva y todos

los gases contenidos no condensables son liberados y extraídos de manera que el agua

que salga pueda ser considerada como no corrosiva en vistas a un contenido de oxígeno

o anhídrido carbónico mínimo.

Un desgasificador térmico está implementado en el sistema de una planta de vapor para

proteger las bombas de alimentación, tuberías, calderas y cualquier elemento de la

instalación que esté en el lazo de alimentación (o retorno) de los efectos producidos por

los gases responsables de la corrosión. Esto se realiza mediante la reducción en el

contenido de gases no condensables, mayoritariamente oxígeno y anhídrido carbónico,

hasta un nivel en que ya no pueden ser considerados como agentes activos de corrosión.

El agua en contacto con el aire puede alcanzar un estado de saturación con el oxígeno,

donde la concentración variará con la temperatura: a mayor temperatura, menor

contenido de oxígeno.

Por otro lado, una transferencia de calor mayor permite una respuesta más rápida a las

variaciones de temperatura. Esto se consigue bien sea aumentando la superficie de

transferencia o bien incrementado la superficie específica del fluido (relación superficie-

volumen). A medida que aumenta la superficie específica, las partículas de condensado,

tendrán un menor tamaño. La forma de hacer partículas de agua más pequeñas es

mediante pulverización. La línea de condensado que entra en un desgasificador es




llevada hacia unas boquillas que pulverizan el agua en pequeñas gotas que se esparcen

en un espacio donde adquirirán temperatura. Por otro lado, un aumento de la superficie

de contacto también ayuda a aumentar la transferencia de calor. Esto se puede conseguir

mediante bandejas que aumentan el tiempo de residencia del fluido en contacto con una

superficie caliente.

En este apartado veremos los elementos principales y funcionamiento de

desgasificadores presurizados, las variables que debemos controlar y las formas de

regulación de las mismas, parámetros típicos de operación, requisitos mínimos de los

desgasificadores presurizados y las clases que hay dentro de esta tipología.

2.4.a Elementos y funcionamiento

Figura 2.18. Desgasificador a presión

Basándonos en la figura 2.18 podemos distinguir las entradas (marcadas en rojo) y las

salidas (marcadas en azul) del sistema:

(1) Agua de reposición y condensado retornado del ciclo




(2) Vapor

(3) Gases ventilados

(4) Condensado tratado (agua de alimentación del ciclo)

También basándonos en esta misma figura (2.18) podemos apreciar los elementos

principales de los que consta un desgasificador presurizado:

(5) Cabeza de desgasificación

(6) Tanque de almacenamiento

(7) Sistema de control de presión de vapor

(8) Sistema de control de nivel de condensado

(9) Distribuidor de condensado

(10) Indicador de nivel del tanque de almacenamiento

El primer paso en el tratamiento del agua de alimentación es calentar el agua para

eliminar el oxígeno. Normalmente un tanque de almacenamiento debe operar alrededor

de los 85-90 ºC, permitiendo un contenido en oxígeno en torno a 2 mg/l (ppm). Operar a

mayores temperaturas a las mencionadas, a presión atmosférica, puede resultar

complicado debido a que nos encontramos a temperaturas cercanas a la de saturación y

puede conllevar a la cavitación de las bombas de alimentación, a no ser que el tanque

esté situado en niveles muy elevados sobre las bombas.

Este tipo de desgasificador (ver figura 2.18) consta de torre de desgasificación (Dome),

en la zona superior, unida al tanque de almacenamiento (Vessel). Como accesorios

también pueden verse la válvula de control de vapor, válvula de control de condensado

de retorno, conducto de ventilación de gases, medidor de nivel de agua en el tanque y

drenaje a bombas de alimentación a caldera. El condensado retornado y el agua de

reposición ingresa en la torre a través de un distribuidor en el que, bien sea tipo spray o

tipo bandeja (tray), el agua a la entrada del desgasificador es calentada hasta el punto de

saturación mediante la creación de una atmósfera de vapor que es la encargada de elevar

la temperatura de esta agua.

Esto se consigue en la cabeza del desgasificador mediante la partición en pequeñas

gotas de líquido que son sometidas a una atmósfera de vapor. Esto se hace para

conseguir un ratio alto de superficie/volumen que permite una rápida transferencia de

calor, con el consecuente aumento de temperatura hasta alcanzar la saturación. Esto

libera los gases disueltos, que luego son llevados junto con el exceso de vapor para ser

ventilado a la atmósfera. La mezcla de gases y vapor quedan en una temperatura menor

que la de saturación y el venteo operará termostáticamente. Un manto de vapor se crea

sobre el almacenamiento de agua y evitan una reabsorción de los gases.

El agua desaireada cae luego al estanque de almacenamiento, donde el flujo de vapor

ascendente previene de re-contaminación.




La salida del agua de alimentación del proceso, ya desgasificada, se produce por la zona

inferior del equipo.

Los gases incondensables (mayoritariamente aire y CO2) son evacuados del equipo

mediante un orificio situado en la zona superior (Air Vent). Este orificio de venteo debe

estar correctamente diseñado de tal forma que permita mantener la correcta presión de

trabajo del desgasificador.

2.4.b Parámetros de control y operación

Existen diferentes sistemas reguladores en este tipo de equipos entre los que podemos

diferenciar:

Control de agua:

Se encargan de mantener el nivel de agua en la zona de almacenamiento del

desgasificador. Además se requiere de un módulo de control que proporcione

condiciones operativas estables debido a que una repentina irrupción de agua

relativamente fría puede dañar el controlador de presión.

Este control también debe tener la capacidad de responder rápidamente ante cambios de

demanda. (en la Figura 2.18 viene denominado como „level gauge‟).

Control de vapor:

Una válvula control se encarga de regular el suministro de vapor. Esta válvula es

modulada a través de un controlador de presión dentro del tanque. El control de la

presión exacta es muy importante ya que es la base para el control de la temperatura en

el desgasificador, de modo que para un rápida acción, se empleará una válvula de

control de accionamiento neumático.

La inyección de vapor puede producirse en la base de la cabeza, donde puede llegar

como flujo a contracorriente o flujo cruzado. El objetivo prioritario es favorecer la

máxima agitación y contacto entre los flujos de vapor y agua para elevar la temperatura

de ésta última. En el caso de la Figura 2.18 la inyección se efectúa en la base de la torre

de desaireación (Dome) cuyo control es efectuado mediante el „Steam pressure control

system‟.

El vapor es inyectado a través de un difusor que proporciona una buena distribución de

vapor en el interior de la torre. Este vapor sirve, además, como:

Medio de transporte que guía a los gases incondensables por el orificio de venteo.

Capa de vapor depositada sobre el almacenamiento de agua que impide reabsorción

de gases.




Control de la capacidad de ventilación:

La temperatura típica dada para el agua de alimentación es de 85 ºC. En la práctica este

es un valor máximo que se da para evitar daños a las bombas de alimentación. Esta

temperatura, en la práctica, es una forma de decir que la cantidad de oxígeno disuelto

contenido gira en torno a 3,5 ppm.

El desgasificador eleva la temperatura a 105 ºC, eliminando el oxígeno. Con lo que la

proporción de ventilación debe ser de 3,5 g/h por cada 1000 Kg/h de capacidad del

desgasificador. Sin embargo es importante hacer notar que el oxígeno está mezclado

con el vapor, y esto hace que baje la temperatura de la mezcla. Estimando la proporción

de O2 y vapor hallados en la mezcla según la Ley de Dalton tenemos que un

desgasificador a presión trabajando a 1,2 bar y una temperatura de descarga de unos

100ºC:

1 𝑏𝑎𝑟 1,2 𝑏𝑎𝑟 = 83,3 % 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

Siendo el restante 16,6% el O2 de la mezcla.

Con lo que esto significa que de cada 1g O2 ventilado habrá:

1𝑔

0,167= 5,99 𝑔 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎

5,99𝑔 𝑥 0,833 = 4,99 𝑔 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

Es decir, que la capacidad de ventilación que debe tener un desgasificador trabajando a

1,2 bar de presión será:

1 + 4,99 𝑥 3,5𝑔 𝑕 = 20,96𝑔 𝑕

Sin embargo, no hay un modo lo suficientemente exacto de medir la temperatura de

descarga, puesto que la diferencia de presiones entre la de trabajo del desgasificador y la

atmósfera es pequeña. Además de que los ratios de flujo son también relativamente

pequeños. Por esto, un control automático de ventilación es raramente usado en la

descarga de gases.

De modo que una la solución adoptada, atendiendo a que el objetivo fundamental de un

desgasificador es eliminar gases y de la forma lo más rápida posible evitando flujos

reentrantes, suele ser tomar una relación de ventilación de 3,5 Kg/h por cada 1000 Kg/h

de capacidad del desgasificador. Los cálculos realizados anteriormente demuestran que

esta relación ofrece sobradamente la garantía de evacuar gases.

Esto resta complejidad, tanto constructiva como operativa, al desgasificador. Aunque

por el contrario deba reponerse el vapor expulsado con una mayor cantidad de agua de

reposición.




Una forma típica de control de ventilación es el uso de una válvula de bola DN20 con

una presión adecuada, la cual puede fijarse mediante su condición de parcial-abierta. La

figura 2.19 muestra este tipo de válvula de venteo. Esta figura muestra esquematizada la

atmósfera producida por el vapor que entra en la base del cabezal del desgasificador y

entra en contacto con el agua condensada (procedente de la reposición y del

condensado).

Figura 2.19. Torre de desgasificación de un equipo presurizado

Parámetros de operación típicos:

La presión de trabajo será aproximadamente unos 0,2 bar (3 psi), que da una

temperatura de saturación de 105ºC.

El tanque albergará una cantidad de agua almacenada tal que suministre a la caldera,

en régimen de plena carga, un periodo de tiempo de entre 10 y 20 minutos.

La presión de suministro de agua al desgasificador debe ser de, al menos, 2 bar para

asegurar una buena distribución en la boquilla.

Esto implica que o bien se realiza una contrapresión de la red de vapor o bien se

necesita bombear condensado de retorno.

La presión de vapor de suministro en la válvula de control oscilará en un rango de

entre 5 y 10 bar.

La máxima relación de reducción será aproximadamente 5:1.




En caudales cuya presión sea reducida más de lo permitido, puede darse la

circunstancia de que sea insuficiente para una buena pulverización en los

distribuidores (ya sea de boquillas o sprays).

Esto se puede vencer teniendo más de una torre de desgasificación en la unidad.

Donde la capacidad total de las torres podría ser igual a la de la caldera, en la que

una o varias torres pueden ser paradas en periodos de demanda baja.

En el arranque puede requerirse un calentamiento en la zona de almacenamiento del

tanque. Esto se consigue mediante bobinado eléctrico o por inyección directa.

Sin embargo, el tipo de plantas que más presumiblemente son equipadas con

desgasificadores a presión serán las de operación continua y en las que operador

considere que el bajo funcionamiento durante el ocasional arranque en frío sea

aceptable.

2.4.c Requisitos principales de un desgasificador presurizado

Presión del agua:

Se debe suministrar agua con suficiente presión a la entrada del desaireador calentador.

Esta presión debe ser lo suficientemente alta para vencer las pérdidas de carga causadas

por rozamientos en las tuberías, válvulas de control y accesorios, condensador de venteo

y válvulas de pulverización. Además, debe ser superior a la presión interna del vapor.

Normalmente la mínima presión para condensados que no pasa a través de

controladores debe ser igual a la de la entrada al calentador (presión de vapor en el

interior del depósito) más aproximadamente 3 psi (0,2 bar).

Las válvulas de control de entrada han sido seleccionadas para trabajar dentro del

régimen normal de presiones. Si la presión es demasiado baja, no entrará suficiente agua

al calentador; sin embargo, si la presión del agua es demasiado elevada puede

experimentarse alguna dificultad con la válvula de control, puesto que una fuerte

pérdida de presión a través de las válvulas de control puede causar vibraciones en la

misma, movimiento de la unidad y reducción del rendimiento de la planta. Para estos

casos es necesario instalar una válvula reductora de presión para el agua.

El gráfico 2.20 representa un esquema de la instrumentación principal del que consta un

desgasificador. En este caso se puede ver la válvula de control del agua de reposición

(precedida de un purgador y situada entre válvulas de aislamiento) y la válvula de

control de vapor. El agua de reposición, según este esquema de un desgasificador spray,

cae a una zona de estancamiento de agua de reposición. De modo que en la zona de

precalentamiento se mezclan el agua de retorno de condensado y el agua de make-up

bombeada desde el depósito anteriormente mencionado. La válvula de control de vapor

se encarga del vapor que debe entrar al desaireador para elevar la temperatura




ligeramente por encima de la de saturación, mientras que un regulador de presión

(válvula reductora de presión) baja la presión hasta la de condensado. El agua liberada

de gases no condensables pasa al compartimento de la derecha (marcado en rojo) desde

donde se va acumulando y bombeando hacia la caldera

Figura 2.20. Desgasificador spray, Catálogo GBT Inc. Pressurized Deaerator.

Necesidades del vapor:

El vapor es necesario es un desgasificador térmico para calentar y eliminar los gases del

agua. El paso de vapor necesario no depende del diseño de estos equipos sino

únicamente de leyes termodinámicas. Para determinar aproximadamente la cantidad de

vapor regulado es necesario hacer un balance térmico.

El paso de vapor conseguido por cualquier desgasificador térmico es el necesario para

calentar todas las corrientes de agua que entran a la temperatura de vapor saturado

dentro del calentador, más una pequeña cantidad que es venteada con los gases

eliminados y menos la cantidad de vapor formada por evaporación instantánea de los

condensados calientes o cualquier retorno de alta presión.




𝑚 𝑣 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑚 𝑣 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 + 𝑚 𝑣 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 −𝑚 𝑣 𝑖𝑛𝑠𝑡

Este cálculo debe hacerse con las temperaturas más bajas de cada una de las aguas que

llegan. Si la cantidad de vapor de extracción o escape es suficiente, la aportación deberá

hacerse a presión reducida.

Por tanto el caudal de vapor necesario será la suma de todas las cantidades de vapor

requeridas para calentar el agua de entrada menos la cantidad de vapor formado por

evaporación instantánea de los condensados calientes.

En la práctica, puede conseguirse una buena desgasificación, si la alimentación de vapor

es suficiente para mantener una presión positiva de al menos 0,5 psi (0,03 atm por

encima de la presión atmosférica) dentro del desgasificador térmico a menos que se

hayan tomado provisiones especiales de cara a trabajar en vacío.

Por otro lado, las únicas causas que pueden hacer trabajar a un desgasificador térmico

por debajo de la temperatura de saturación del vapor es la escasez de vapor causada por

una válvula demasiado pequeña en la línea de vapor, un suministro insuficiente de vapor

o un venteo inadecuado.

Se pueden producir vibraciones y golpes con un suministro de vapor demasiado bajo o

por alguna resistencia opuesta al paso del vapor dentro del desgasificador.

Estos equipos pueden ser diseñados para trabajar a temperaturas por debajo de la del

vapor, reduciendo el suministro del vapor bien sea por una válvula de control, por

temperatura o presión. Sin embargo si la presión en el calentador desciende por debajo

de la atmosférica, se necesitará un sistema de vacio para extraer los gases venteados.

2.4.d Clases de desgasificador presurizado

El agua que llega a la torre de desgasificación se distribuye para elevarse hasta la

temperatura de saturación por medio de una atmósfera de vapor. Lo que difiere entre los

modelos es la forma de operar. El objetivo es mejorar la transferencia de calor bien sea

mediante bandejas (tipo tray), mediante pulverizadores (tipo spray) o combinación de

ambos.

Tipo Tray

Este tipo de desgasificadores eliminan los gases disueltos en el agua, cuando ésta cae

por distintos niveles de bandejas para aumentar la superficie de intercambio, mientras es

calentada hasta el punto de saturación por vapor alimentado en contraflujo (ver figura

2.21).




Tanto agua de reposición como retorno de condensado (en la figura no está nombrada)

son distribuidas a un sistema de bandejas apiladas. El agua va depositándose sobre las

bandejas mientras una línea de vapor entrante va creando la atmósfera encargada de

elevar la temperatura del agua. Las bandejas están perforadas para aumentar el contacto

directo agua-vapor. Se van eliminando los gases disueltos a medida que el agua va

incrementando su temperatura. El agua desgasificada cae luego al tanque de

almacenamiento, donde otro flujo de vapor proveniente de trampas situadas aguas

abajo del desgasificador asciende y sirve como atmósfera protectora que previene de

una posible reabsorción de gases. Los gases no condensables escapan por la zona de

ventilación en la cabeza del desgasificador.

Figura 2.21. Esquema del flujo de agua a través de las bandejas

En la figura 2.22 se presenta un funcionamiento idéntico al explicado anteriormente

para un desgasificador tipo tray. Además de lo explicado, se puede observar la válvula

de control de vapor situada a la izquierda del diagrama y un retorno de flujo bifásico

procedentes de trampas de vapor situada por diferentes partes de la planta. En la zona

inferior del equipo se encuentra la salida de agua condensada tratada (desgasificada) que

es bombeada hacia la caldera u otro sistema del proceso.

Este tipo de desaireador permite reducir el contenido de O2 en el agua de alimentación

de una caldera hasta las 7 ppb (0,007 ppm). Aunque dependiendo del número de

bandejas y forma de colocarlas habrá un mayor o menor grado de eliminación. Siendo

en muchos casos habitual encontrarse con una reducción hasta las 20 ppb.

La figura 2.23 muestra la etapa de desgasificación de un desgasificador tipo tray. En ella

puede verse los diferentes elementos que la componen: entradas de vapor y agua

condensada, zona de calentamiento previa a bandejas, estructura de bandejas, drenaje de




desborde, tubería de agua desgasificada a tanque de alamacenamiento y orificio de

venteo de gases incondensables.

Figura 2.22. Desgasificador tipo bandeja. Industrial Steam St 05.

Tipo spray:

Boquillas cargadas con resorte ubicadas en la parte superior de la torre atomizan el agua

dentro de una atmósfera cargada de vapor para permitir su calentamiento hasta el punto

de saturación, donde la solubilidad del O2 y CO2 es mínima. La figura 2.24 muestra una

boquilla pulverizadora con sistema de resorte. El agua entra en la parte superior y un

mecanismo con resorte ejerce presión sobre el fluido que rompe en gotas al ver cortado

su libre movimiento por el conducto.




Figura 2.23. Torre de un desgasificador tipo bandeja.

Figura 2.24. Agua atomizada por el spray

La figura 2.25 da con más detalle como es la zona superior de una torre de desaireación

en la que el agua es atomizada y una corriente de vapor crea una atmósfera encargada de

elevar la temperatura al condensado retornado y al agua de reposición entrante.

Además se observa dos conductos de venteo (uno automático y otro manual). El agua

tras pulverizarse por las boquillas crea un esparcimiento de gotas atomizadas que es

calentada, en una primera atmósfera de vapor inicialmente, y luego recolectada hacia




una válvula atomizadora que vuelve a romper el condensado en pequeñas gotas para

acabar de eliminar los gases disueltos contenidos en ella. Como elementos no

mencionados anteriormente cabe destacar los colectores y deflectores de agua para

reconducir el flujo y evitar que el agua ya tratada pueda mezclarse con gases que la

contaminen.

El esquema inferior de la figura 2.26 viene a corroborar lo dicho más arriba pero

marcado con colores. El agua se atomizada mediante el spray, siendo recolectada y

cayendo a un acumulador de condensado que queda comunicado con la línea de vapor

mediante un conducto de pequeño diámetro. A este acumulador le llega una atmósfera

de vapor que se eleva por diferencia de densidades. Esta parte del desgasificador recibe

el nombre zona de precalentamiento. Una corriente de vapor entra en el desgasificador y

entra en contacto con el agua que baja por el conducto y va aumentando la temperatura

de forma que la solubilidad de los gases no condensables va disminuyendo y

“limpiando” el agua. El vapor va creando un ambiente en el que la temperatura del agua

sube, liberando los gases incondensables que son arrastrados hacia la zona de venteo de

gases. El vapor que sale de la etapa de enjuague del agua (“scrubbing”) se eleva hasta la

zona de precalentamiento donde está situado el acumulador. El agua enjuagada cae por

gravedad hasta el tanque de almacenamiento donde se va depositando el agua de

alimentación del proceso ya liberada de gases disueltos.

Figura 2.25. Funcionamiento de desgasificador tipo spray




Estos gases son eliminados del desgasificador a través de un venteo ubicado en dicha

zona del equipo. Este tipo de desaireador permite reducir el contenido de O2 en el agua

dealimentación de una caldera en un rango de 7 - 50 ppb.

El gráfico 2.27 muestra el sistema de desgasificación de un desgasificador Hurst OM

con el funcionamiento anteriormente descrito.

En él se pueden ver las entradas al sistema: condensado de retorno, corriente de vapor

de calentamiento y agua de reposición. Las salidas: agua de alimentación, gases no

condensables purgados y desborde de flujo procedente de trampas.

Como elementos principales del equipo se encuentran: válvula reductora de presión

(para reducir la presión de vapor hasta la de diseño del desgasificador), conducto de

venteo, válvula de alivio (para mantener condiciones seguras de presión en el equipo),

bombas de alimentación a caldera, trampillas para drenajes y mirilla para visualizar

niveles de agua del tanque de almacenamiento.

Figura 2.26. Funcionamiento de desgasificador tipo spray

Los desgasificadores a presión, sea tipo spray o de bandejas, son empleados en

cualquier industria donde el fluido caloportador sea agua-vapor y esta agua deba ver




reducida las sustancias químicas destinadas a la eliminación de gases por las razones

tamaño, función, etc. El uso de los de tipo spray en la práctica ha sido llevado a cabo

para planta de procesos donde el tamaño de los equipos tenga una relativa importancia.

Las de tipo bandeja o tipo tray son usadas también en plantas de potencia, pero éstos

equipos traen consigo un mayor peso y tamaño del equipo en comparación con los

anteriores.

Figura 2.27. Desgasificador tipo spray

No obstante, cuando dichas plantas de potencia son muy grandes suele emplearse las de

tipo tray-spray. Es una combinación de ambas que permite una desgasificación más

eficaz y donde el riesgo de daños por corrosión en dicha planta se ve reducido.

Tipo tray-spray

El funcionamiento de este desgasificador es una combinación de los sistemas vistos

anteriormente. Existe una sección de precalentamiento, donde por una parte se ventean

los gases no condensables y otra en la que se produce prácticamente toda la

desgasificación por medio de la atomización del agua, y otra sección de lavado y

desgasificación.

El agua de alimentación o aportación entra en el compartimento distribuidor de agua.

Aquí es donde se encuentra la caja de pulverización en el que se hallan las válvulas




spray. En este compartimento el agua es pulverizada en películas delgadas y descargada

hacia las bandejas desgasificadoras (situadas debajo de éstas).

El agua pulverizada, antes de ser recogida en las bandejas desgasificadoras, pasa a

través de un ambiente de vapor, consiguiendo un calentamiento hasta 1-2 ºC por debajo

de la temperatura de operación. Desprendiéndose así de un 95% de la cantidad de

oxígeno y anhídrido carbónico que el agua lleva disuelta.

Se trata de realizar una distribución de las películas de agua de manera uniforme para

que la desgasificación sea efectiva para cualquier carga. Con esto se pretende una

temperatura constante del agua y una extracción uniforme del gas, por esto es muy

importante que la distribución de las válvulas spray en la bandeja de pulverización sea

la adecuada.

En la figura 2.28 se muestra lo explicado, la etapa 1 consta de la zona de ventilación de

gases y de pulverización de condensado. Mientras que la etapa 2 la forman el conjunto

de bandejas donde se produce la desgasificación a través del calentamiento provocado

por el vapor que asciende procedente de la acometida de vapor.

Figura 2.28. Etapas de desgasificación tray-spray. Catálogo BFS Industries

Una vez el agua ha llegado a las bandejas desgasificadoras, se ha efectuado la primera

etapa de desaireación y el agua pasa a la segunda etapa, eliminar la pequeña cantidad de

gases que le queden disueltos.




El agua procedente de las válvulas spray es recogida por las bandejas distribuidoras,

llenándose unas primeras capas de canalillos, cuando estas están llenas rebosan y

traspasan el agua a los canalillos de la parte inferior y así sucesivamente.

El vapor entra por la parte inferior de las bandejas y fluye a través de las cascadas de

agua que van de canalillo a canalillo, el vapor se pone en contacto con el agua

arrastrando los restos de gases que pueda llevar disuelto todavía el agua.

Con las bandejas desgasificadoras el contacto agua vapor se desarrolla en una gran

superficie, facilitando de esta manera, el arrastre de los gases.

La figura 2.29 está sacada de un catálogo. Se trata de un desgasificador tray-spray

perteneciente a „BFS Industries‟, cuyo diseño es muy similar al empleado en la C.T. Los

Barrios. El caudal de diseño que tiene una planta de potencia de este tipo (590 MW de

bruta) es de 1412,9 T/h. Las cotas vienen dadas en letras dado a que la imagen ha sido

sacada de un catálogo y van en función del caudal de diseño.

Las entradas al sistema son el condensado (junto con el agua de reposición) y el vapor

de calentamiento. Mientras que las salidas son el agua de alimentación al ciclo (succión

de las bombas del tanque de almacenamiento), drenajes, desborde de flujo y gases

ventilados.

A parte el sistema cuenta con una válvula/orificio de alivio para evitar que el

desgasificador alcance una presurización excesiva, o en su defecto, pueda producirse

vacío en algún momento del arranque. Para ello esta válvula/orificio debe estar

correctamente diseñada. Este tipo de equipos en particular cuenta con hileras de

boquillas de pulverización y con una estructura de bandejas apiladas una sobre otra.

Además cuenta con el resto de elementos de otros tipos de desaireadores como mirillas,

trampas de condensado, conductos de eliminación de gases, etc.

2.5 Análisis comparativo

El objeto principal de este apartado es una visión justificadamente orientada a escoger el

tipo de desgasificación que más en sintonía esté con las características de nuestra planta.

Hay más factores y matices que pueden influir a la hora de escoger un desgasificador,

pero las justificaciones que se da en este apartado ayudan a hacer una primera

estimación sobre las necesidades de uno y otro o de cuales son aquellos

desgasificadores que no son recomendados en función del sistema en el que se vayan a

implementar.

A modo de visión general de lo visto hasta el momento se puede decir que un equipo

desgasificador debe combinar:




Máximo contacto líquido-vapor para favorecer la transferencia de masa:

Esta condición se logra empleando torres rellenas o equipos de platos o combinaciones

de ambos.

En las torres de desgasificación, el agua entra en contracorriente con vapor de agua que

recorrió previamente el tanque de almacenamiento de agua desaireada, a los efectos de

mantener ésta a una temperatura alta y arrastrar toda posible traza que haya quedado.

Los tanques de almacenamiento están unidos a la torre de desgasificación y reciben

directamente el agua tratada en ésta.

Es de fundamental importancia mantener un estricto control sobre el nivel de este

tanque de almacenamiento, ya que, en el caso de que este nivel suba sin control, llene el

tanque y comience a inundar la torre de desgasificación, la superficie de intercambio

disminuirá y caerá bruscamente la eficiencia del equipo, no lográndose una adecuada

desgasificación, aunque todos los parámetros básicos (caudal de vapor, temperatura)

sean los correctos.

Sucede con frecuencia que un equipo, que opera correctamente desde el punto de vista

de la temperatura y caudales de agua a tratar y de vapor de tratamiento, no desgasifica

correctamente porque el nivel del tanque de almacenamiento no es el correcto (fallo del

instrumento de control de nivel) y la torre se inunda.

Alta temperatura:

Lo más próxima posible a la temperatura de ebullición del agua.

Esto puede lograrse trabajando con equipos a vacío. Estos son relativamente sencillos y

de baja inversión. Sin embargo, se prefiere trabajar en equipos a presión, donde se

alcanzan temperaturas de los 105-110ºC manteniendo el agua líquida, sin entrar en

ebullición.

A mayor temperatura tenemos menor viscosidad del agua, por lo que la transferencia se

ve notoriamente favorecida.

Deberá tenerse en cuenta que los procesos de corrosión por gases disueltos se ven

notoriamente favorecidos por la temperatura, por lo que es tremendamente importante

trabajar a valores cercanos al de ebullición del agua para asegurar la total eliminación de

los gases.

En el caso en que el equipo trabaje a temperaturas intermedias, por mala operación o

sencillamente por un deficiente control de este parámetro, el efecto logrado es altamente

perjudicial, ya que, al no eliminar completamente los gases disueltos, pero teniendo una

temperatura relativamente elevada, se aceleran los fenómenos de corrosión en el equipo




desgasificador y todos los equipos que se encuentran aguas abajo (cañerías, bombas,

etc.).

Por debajo de 100ºC la presión de vapor del agua varía poco la temperatura, mientras

que por encima de dicho valor esta variación es importante. La elección del vapor de

agua como fluido para desgasificar se justifica por las siguientes razones:

Está fácilmente en planta y a bajo costo.

Calienta el agua, y en la medida que sigue entrando al equipo, la mantiene caliente.

No contamina el agua tratada hasta ese momento.

No hay pérdidas, ya que un equipo operando correctamente y con dispositivos

recuperadores, condensa todo el vapor que él ingresa, venteándose solamente los

incondensables, o sea los gases disueltos que queremos eliminar (O2, N2, CO2).

Figura 2.29. Cabezal desgasificador tray-spray (arriba). Tanque de almacenamiento (debajo).




Los equipos que trabajan a presión son más eficientes que los que trabajan a vacío.

Efectivamente, en estos se pueden obtener residuales de O2 menores que 0,005 ppm. En

los equipos que trabajan a vacío se considera una eliminación aceptable cuando se

logran residuales de 0,33 ppm.

Por otro lado la eliminación del oxígeno disuelto se logra mediante tratamiento en la

mayoría de los casos bien sea mediante tratamiento térmico o químico, pero es cada vez

más habitual emplearse una combinación de ambos.

Los requisitos fundamentales para reducir la corrosión consisten en mantener el agua de

alimentación en valores de PH no inferiores de 8,5-9, nivel más bajo el cual el dióxido

de carbono no existe, y eliminar todas las partículas de oxígeno. El retorno de

condensado de la planta tendrá un significativo impacto en el tratamiento del agua de

alimentación del generador de vapor – el condensado está caliente y ya tratado

químicamente, con lo que cuanto más condensado retorne, menos agua de reposición

deberá ser tratada, menor costo energético.

La tabla 2.2 muestra los diferentes tipos de desgasificador que se emplean en varios

sectores de la industria. Cabe destacar que, generalmente, las plantas que requieren un

mayor consumo de vapor suelen emplear desgasificadores térmicos, mientras que la

plantas donde los caudales de agua a tratar son menores pueden llegar a emplearse

desgasificadores por vacío y desgasificación química.

El campo de la Cogeneración abarca un rango de potencia muy grande y diversos usos y

sectores, de modo que en este tipo de plantas se dan casos de todo tipo de

desgasificadores para tratar el agua de alimentación.

Sistemas de producción de potencia (SPP) con cargas de generación elevadas

acostumbran a emplear una desgasificación termo-química, donde los desgasificadores

presurizados, eliminan los gases incondensables tras un tratamiento químico aplicado a

la corriente de condensado. En estos casos se inyectan eliminadores de oxígeno como

hidracina y fosfato (para incrustaciones de sales disueltas). Se combinan los métodos

térmico y químico de desgasificación porque en plantas dedicadas a la generación de

energía les interesa una disponibilidad muy alta de sus instalaciones, y como

consecuencia, que las averías en las mismas se minimicen. De ahí a que se quiera

conseguir una reducción eficiente de gases que permite aumentar la durabilidad de los

equipos implicados en los fenómenos corrosivos explicados en el apartado 2.1.

Los desgasificadores atmosféricos tienen un uso similar a los que trabajan a presión,

pero estos suelen emplearse cuando se quiere ahorrar en elementos auxiliares en el

sistema de eliminación de gases del agua de alimentación al verse simplificado el

equipo. No reducen tan eficazmente el nivel de gases del condensado y por eso

presentan limitaciones según los caudales de agua manejados y el uso. De ahí a que en

industrias dedicada a la generación de energía no se empleen desgasificadores de este




tipo. En la actualidad este tipo de desgasificador está cada vez más en desuso. De

manera que como opción económica has sido sustituida por desgasificadores por vacío

que, además, son unos eliminadores de gases más eficaces.

Por otro lado, en general, las industrias alimentaria y farmacéutica tratan de evitar el

contenido de agentes químicos en su agua de proceso. Estas industrias se dedican al

proceso de elaboración de productos que son ingeridos por el organismo humano una

vez se comercialicen y, como medida de seguridad, acostumbran evitar cualquier tipo de

sustancia susceptible de contaminar los productos. Es por eso que o bien se emplean

agentes químicos poco nocivos (aunque baje considerablemente su efectividad) o bien

decide emplearse desgasificación térmica o por vacío.

La tabla 2.2 presenta a modo de resumen cada uno de los diferentes usos de los

desgasificadores estudiados en instalaciones industriales.

Tabla 2.2. Resumen comparativo de desgasificadores

A juzgar por los resultados, se observa que los desgasificadores más empleados hoy día

son los presurizados y los de vacío. Siendo los primeros más versátiles y estando más

presente en todo tipo de industrias: generación, alimentación, química, etc. Mientras que

la otra clase más usada, por vacío, queda más relegada a las actividades de procesos que

requieran una relativa menor cantidad de energía como pueda ser la industria

alimentaria o farmaceútica.

Unos valores estimados en cuanto a precios de desgasificadores son mostrados en la

tabla 2.3. La primera columna refleja el rango de caudales de condensado que cada tipo

maneja, la segunda columna es una oscilación de precios encontrados por diversos

SPP cble fósil. Cog. Aliment./Farmac. Químicos [O2] (ppb)

Tray 20

Spray 7

Tray-Spray 2

Atmosférico 5000

Desgasificación Química 0,6

Desgasificación Termo-química 1

Desgasificación por vacío 650

Desgasificación Térmica




fabricantes, la tercera es el coste específico promedio del desgasificador por caudal de

agua manejados por cada tipo

Caudal (T/h) Precio ($) Precio por ud. Caudal $/(T/h)

Presurizado 1,6-2000 1.000-1.000.000 500

Atmosférico 1,6-70,42 1.000-50.000 700

Vacuum 0,02-22 100-100.000 4500

Tabla 2.3. Comparación económica de desgasificadores térmicos y por vacío

Los datos económicos de la tabla 2.3 es una orientación de valores que dan los

fabricantes a los interesados en adquirir estos equipos. La comparación entre estos tres

tipos de desgasificadores no resulta muy útil puesto que los tres tienen grado de

eliminación de gases distinto.

Por eso se realiza una comparación entre una desgasificación térmica (empleando

desgasificador presurizado) y desgasificación química. Se hace con estas dos porque son

las que consiguen mayor grado de eliminación de gases: 7 ppb y 1 ppb

respectivamente.

El agente químico empleado para la comparación será el sulfito sódico (Na2SO3) que

reacciona con el oxígeno para dar sulfato (Na2SO4):

𝑁𝑎2𝑆𝑂3 + 1

2𝑂2 → 𝑁𝑎2𝑆𝑂4

126 g/mol 16 g/mol 142 g/mol

Con lo que por cada gramo de O2 necesitaremos verter 7,88 g de sulfito. A niveles

prácticos se emplea una concentración de 30 a 60 ppm de sulfito en caldera con el

objetivo de eliminar todo el oxígeno residual del agua de alimentación. Con lo que la

expresión empírica del gasto de sulfito queda definida por:

𝑚 𝑁𝑎2𝑆𝑂3= 7,88 ∙ 𝑂2 +

𝑚 𝑁𝑎2𝑆𝑂3𝑏𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟

𝐶𝐶 ∙

𝑚 𝑓𝑒𝑒𝑑𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟

103




Donde:

𝑚 𝑁𝑎2𝑆𝑂3: consumo de sulfito expresado en 𝐾𝑔 𝑕

𝑂2 : concentración de oxígeno disuelto expresado en ppm. Este valor depende de la

temperatura del agua.

𝑚 𝑁𝑎2𝑆𝑂3𝑏𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟: consumo de sulfito en caldera para garantizar la eliminación del

oxígeno residual. Oscila entre 30 y 60 ppm.

CC: ciclo de concentración utilizado por la caldera. Parámetro empleado en calderas

para la determinación del número de purgas necesaria para evitar problemas de

corrosión e incrustación.

𝑚 𝑓𝑒𝑒𝑑𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 : gasto de agua alimentación expresado en 𝑇 𝑕 .

Los costes de operación de un desgasificador térmico son los debidos, por un lado, a

una ventilación donde, a parte de los gases incondensables, también se evacuan trazas

de vapor. Estas trazas ventiladas suelen estimarse como un 0,10% aproximadamente (en

desgasificadores presurizados) de la capacidad del desaireador.

Y por otro lado, la otra componente operacional de un desgasificador térmico es el

consumo de vapor requerido para elevar la temperatura del agua y realizar la

desgasificación térmica propiamente dicha. Esta corriente de vapor es la encargada de

elevar la temperatura de la mezcla de condensado retornado y agua de reposición a

105ºC y tiene la siguiente expresión:

𝑚 𝑆𝑡𝑒𝑎𝑚 =𝑚 𝐹𝑒𝑒𝑑𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 ∙ 𝑐𝑝 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑡𝑓 − 𝑡𝑜

∆𝑕𝑓

Donde:

𝑚 𝑆𝑡𝑒𝑎𝑚 : gasto de vapor necesario que consume el desgasificador expresado en

𝐾𝑔 𝑕 .

𝑚 𝐹𝑒𝑒𝑑𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 : flujo de agua alimentación expresado en 𝐾𝑔 𝑕 .

𝑐𝑝 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 : calor específico del agua. Se toma un valor constante de 4,186

𝐾𝐽 (º𝐶 ∙ 𝐾𝑔)

𝑡𝑓 : temperatura del agua a la salida del desgasificador (105 ºC).

𝑡𝑜 : temperatura del agua a la entrada del desgasificador (ºC).

∆𝑕𝑓 : calor de vaporización. Se toma un valor de 2257 𝐾𝐽 𝐾𝑔 .

Sin embargo, este gasto de vapor que se introduce en el desgasificador térmico no es un

coste adicional de operación, sino que forma parte del proceso de producción de la




planta y contribuye, en realidad, a un ahorro de energía al servir como precalentador del

agua de alimentación antes de entrar en el generador de vapor.

De modo que el coste adicional de operar un desgasificador térmico queda reducido a

evaporar el agua de reposición que se ha introducido por pérdidas en el venteo de gases.

Los datos para realizar la estimación son los siguientes:

Caudal de vapor de la planta: 30 Tm/h

Producción anual de vapor: 197100 Tm

Temperatura de agua alimentación: 57,5ºC

Ciclo de concentración: 10

PCI carbón: 5914 Kcal/Kg

Precio carbón: 60,31 €/Tm

Precio sulfito de sodio: 2,54 €/Kg

Notas:

Los cálculos realizados, cuyos resultados se presentan en la tabla 2.4, son mostrados

paso a paso en el Anexo.

PCI de carbón procedente de Colombia.

Concentración de O2: se obtiene entrando por la figura 2.3, página 15, con la

temperatura de agua de alimentación como parámetro.

Precio del carbón es el promedio en el año 2013.

Atendiendo a los resultados presentados en la tabla 2.4, se ve como los costes de

operación de un desgasificador térmico giran en torno a un 4,8% de los costes que

supone operar con un desgasificador químico. Claramente esto supone un ahorro

económico en las plantas que se ve reflejado en un mayoritario uso de desgasificadores

presurizados en instalaciones que emplean vapor como fluido caloportador, siempre que

las condiciones de operación lo permitan.

Atendiendo, además, a la gama de precios de desgasificadores presentada en la tabla 2.3

se puede observar que el coste por unidad de caudal nominal que circula por la

instalación corrobora en cierta forma los resultados obtenidos en la tabla 2.4.

Con esto se demuestra que la inversión de desgasificadores presurizados es la más

segura en comparación con el resto de desgasificadores térmicos, por su efectividad y

grado de eliminación de gases, y la más económica por su bajo costo operacional con

respecto a la desgasificación tipo química.




Horas funcionamiento de la planta 6570 h

Concentración de O2 5 ppm

Flujo de agua alimentación 30,03 Tm/h

Consumo de sulfito 1,36 Kg/h

Consumo de agua de reposición 0,03 Tm/h

Consumo anual de carbón destinado a

evaporar el agua de reposición 17,96 Tm/año

Coste operacional desgasificación

química 22705 €/año

Coste operacional desgasificación

térmica 1083 €/año

Tabla 2.4. Resultados de estimación de costes de operación de desgasificación




3. DIMENSIONADO, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

3.1 Introducción

Los desgasificadores más extendidos a nivel industrial son los desgasificadores térmicos

presurizados. No solamente por sus bajos costes de operación, tal y como se ha podido

comprobar en el apartado 2.5, sino también por su grado de eliminación de gases y por

el hecho de que el la mayoría de plantas industriales se opera con caldera cuya presión

de diseño es positiva. Operar con una presión relativamente alta consigue que el vapor

producido tenga una mayor cantidad de energía, aunque ello conlleve también un

aumento de consumo de combustible.

Es por ello que en el presente capítulo se demuestra la incidencia energética que tiene

un desgasificador presurizado en una instalación de vapor.

Se tomará como demostración el siguiente sistema que aparece en la figura 3.1.

Figura 3.1. Instalación con desgasificador presurizado

La instalación de la figura 3.1 emplea una caldera pirotubular. Donde los gases de

combustión atraviesan los tubos calentando el agua que circula por el exterior, en

contacto con la carcasa. A menudo este tipo de caldera opera con un agua alimentación

de temperatura menor a los 100ºC. Además, las calderas acostumbran a trabajar a




presiones altas (positivas) porque con esto se consigue un vapor de salida a proceso con

un alto contenido energético. Trabajar a presiones altas conlleva que el punto de

saturación del agua también se eleve, con lo que la cantidad de combustible que

consume la caldera se incrementa con respecto al caso de emplear calderas a presión

atmosférica. De este modo se define un ratio denominado relación de evaporación

(Boiler Output Factor) que mide la relación entre la energía necesaria que se debe

suministrar a una corriente de agua a la temperatura de saturación, para una presión

atmosférica, y la energía necesaria a suministrar a una corriente cuyo ciclo opera a una

presión superior a la atmosférica. Este ratio da un porcentaje de la cantidad de vapor que

la caldera es capaz de generar:

𝐵𝑂𝐹 =𝑕𝑣𝑎𝑝

𝑕𝑠 − 𝑕𝑒

Donde:

𝑕𝑣𝑎𝑝 : Entalpía de vaporización de una corriente de agua a 100 ºC [KJ/kg]

𝑕𝑠: Entalpía del vapor que sale de la caldera. El vapor sale a la temperatura de

saturación [KJ/kg]

𝑕𝑒 : Entalpía de agua a la entrada de la caldera. [KJ/kg]

La evolución del BOF, también denominado como „factor de vaporización‟, puede verse

en función de la temperatura del agua de alimentación de entrada a la caldera en la

figura 3.2. La imagen muestra como a medida que la presión de trabajo aumenta, menor

será la cantidad de vapor que produzca la caldera. Y también que el BOF crece con la

temperatura del agua de alimentación.

Atendiendo a los datos que presenta la instalación de la figura 3.1 se tiene:

Temperatura del condensado y agua de reposición: 85ºC

Temperatura de operación del desgasificador: 105ºC

Temperatura del agua alimentación de caldera: 105ºC

Presión del vapor de operación en el desgasificador: 10 bar

Caudal nominal del vapor de la caldera: 10.000 Kg/h

Presión de trabajo de la caldera: 10 bar

Considerando la instalación sin desgasificador, se tendría que el agua alimentación (a

85ºC y 1,2 bar de presión absoluta) entra en caldera, que opera a 10 bar absolutos, y sale

vapor a la temperatura de saturación. Esto es:

𝐵𝑂𝐹 = 93,18% ⇒ 9318 𝐾𝑔 𝑕 de vapor producido

Si se considera una instalación con desgasificador entonces:




𝐵𝑂𝐹 = 96,46% ⇒ 9646 𝐾𝑔 𝑕 de vapor producido

Se puede observar que la producción de vapor es más alta en la instalación que usa

desgasificador, con lo que se asume que un gasto de vapor de 328 Kg/h (la diferencia

entre ambas corrientes) es inyectado en el desgasificador con una presión de 10 bar. El

calor latente de esta corriente eleva la temperatura del condensado y agua de reposición

entrante en el equipo:

∆𝑕𝑣𝑎𝑝 10 𝑏𝑎𝑟 = 2015 𝐾𝐽 𝐾𝑔

𝑚 𝑣 𝑑𝑒𝑠𝑔 = 328 𝐾𝑔 𝑕 = 0,091𝐾𝑔 𝑠

𝑄 = 𝑚 𝑣 𝐷𝑒𝑠𝑔 ∙ ∆𝑕𝑣𝑎𝑝 = 183,6 𝐾𝑊

El salto térmico que da la corriente al ceder su calor latente al agua condensada que

entra al desgasificador viene dado por la siguiente expresión:

𝑄 = 𝑚 𝑤 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 ∙ 𝑐𝑝 𝑤 ∙ ∆𝑡

𝑚 𝑤 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 = 9318 𝐾𝑔 𝑕 = 2,59 𝐾𝑔 𝑠

𝑐𝑝 𝑤 = 4,187𝐾𝐽 𝐾𝑔º𝐶

∆𝑡 = 16,94 º𝐶

La temperatura de salida que se daría en la salida del desgasificador sería:

𝑇𝑒 = 85 º𝐶

𝑇𝑠 = 𝑇𝑒 + ∆𝑡 = 101,9 º𝐶

Sin embargo, el vapor que entra al desgasificador (a la presión de 10 bar) condensa,

convirtiéndose en agua a 179,9 ºC. Haciendo el correspondiente balance de energía:

𝑚 𝑤 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 ∙ 𝑇𝑠 + 𝑚 𝑣 𝐷𝑒𝑠𝑔 ∙ 𝑇𝑆𝑎𝑡 10 𝑏𝑎𝑟 = 𝑚 𝑤 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 + 𝑚 𝑣 𝐷𝑒𝑠𝑔 𝑇𝐹

𝑇𝑆𝑎𝑡 10 𝑏𝑎𝑟 = 179,9 º𝐶

𝑇𝐹 = 104,6 º𝐶

Esto demuestra que, inyectando la cantidad de vapor adecuada al desgasidficador, se

consigue un coste de operación adicional nulo con respeto a una planta que trabaja sin

desgasificador (salvo el de las bombas de impulsión de vapor de caldera hasta el punto

de entrada en el desgasificador). Sin tener en cuenta el consumo de auxiliares,

energéticamente supone un ahorro, ya comentado en el capítulo 1, que implica una

reducción en el consumo de calor de la caldera al entrar el agua condensada a una

temperatura mayor sin que ello repercuta en la cantidad de vapor producido.




El vapor producido en las plantas industriales suelen tener una presión positiva (mayor a

la atmosférica). Trabajar a presión implica mayor consumo de combustible con respecto

a trabajar a presión atmosférica, debido a que se tiene que aportar cierta cantidad de

calor sensible que aumente la temperatura del agua hasta su temperatura de saturación,

pero el potencial energético que se obtiene es mayor por tener un vapor de mayor

contenido energético.

Figura 3.2. Factor de vaporización frente a la temperatura de agua alimentación

Este capítulo tiene por objeto seleccionar un desgasificador y comentar las principales

características de operación y mantenimiento que usan los equipos de desgasificación en

plantas industriales. Se pretende seleccionar el desgasificador que más se adecúe a los

requisitos de la planta. Tal y como se ha comentado anteriormente, los desgasificadores

presurizados son los más habituales por las características de la mayoría de instalaciones

de vapor. Es por ello que el capítulo se centra en mayor medida en los desgasificadores

presurizados, aunque bien se podría extrapolar a químicos o por vacío. Una vez se tenga

el equipo de desgasificación debe saberse cómo se opera y el mantenimiento que

requiere.

Por lo que el presente capítulo estudia: un ejemplo de selección de diferentes

desgasificadores y los recursos más generales empleados en instalaciones de vapor para

el cuidado y operación de desgasificadores.




3.2 Selección

La variable que define un desgasificador es el caudal. El equipo debe ser capaz de

mantener unas concentraciones de gases no condensables lo más bajas posible,

garantizando una calidad del agua de alimentación mínima para el régimen de carga al

que opere la planta. La capacidad volumétrica de la que consta un desgasificador viene

en función de dicho caudal de diseño. El tanque de almacenamiento debe albergar, al

menos, el volumen equivalente de suministrar a la caldera el caudal de diseño durante

10 minutos.

El caudal de diseño proporciona el resto de parámetros que se pueden encontrar en un

catálogo técnico como bien pueden ser la capacidad volumétrica, la potencia térmica y

geometría del equipo y conexiones.

En el caso de desgasificación química el equipo sería un acumulador de disolvente

químico que es vertido al agua de alimentación para realizar la desgasificación.

La lista de fabricantes de desgasificadores es extensa, de ellos se deciden analizar 3

catálogos para estudiar los parámetros que se acaban de mencionar y hacer un ejemplo

de selección.

En función del modelo seleccionado, el catálogo proporciona los valores del caudal

nominal, capacidad volumétrica, tiempo de residencia y las dimensiones geométricas. A

continuación se definen los parámetros más importantes:

Caudal nominal: caudal de diseño del desgasificador. Debe ser el correspondiente al

caudal de trabajo a plena carga en caldera.

Capacidad volumétrica: cantidad de agua que es capaz de albergar el tanque de

almacenamiento del desgasificador. Tiene un rango de dimensiones que van en

función del tiempo que la caldera es capaz de operar a plena carga alimentada

únicamente por el condensado almacenado.

Tiempo de residencia: periodo de tiempo que el condensado tarda en desalojar

completamente el tanque de almacenamiento cuando las corrientes de entrada al

equipo son nulas. Los tiempos de residencias deben tener un rango fijo entre 10 y 20

minutos.

La variable de diseño a la hora de seleccionar un desgasificador será el caudal. Éste

vendrá impuesto por la demanda máxima de vapor que solicite la caldera. Generalmente

el caudal nominal de vapor en caldera debe coincidir con el del desgasificador, puesto

que debe tratar toda el agua de alimentación posible antes de llegar al generador.

De modo que la comparación se realizará para un caudal de diseño de 100,000 pph para

3 fabricantes diferentes:




100,000 pph (pounds per hour):

BFS Industries (Tray-spray type):

Figura 3.2. BFS Industries LLC, tray-spray dearator.




Tabla 3.1. Catálogo BFS Industries, tray-spray dearator.

Se pasan las medidas a sistema europeo y se obtienen los siguientes resultados:

Tiempo de residencia mínimo (min) 10

Capacidad almacenamiento (m3) 7,93

Volumen ocupado (aprox.) (m3) 41,28

Peso (Kg) 4864




Hurst, Boiler and Welding Company (Spray type):

Figura 3.3. Hurst Boiler and Welding Company, spray deaerator.

Tabla 3.2. Catálogo Hurst Boiler and Welding Company, spray deaerator.




Pasando las medidas a sistema europeo se obtienen los siguientes resultados:



Peso (Kg) 4310

⇒ 𝑡 = 13,6 𝑚í𝑛

Bryan Steam, LLC (Tray type):

Figura 3.4. Bryan Steam, desgasificador tipo tray (imagen de catálogo)




A diferencia de los otros catálogos, este fabricante también aporta datos sobre la

potencia térmica que es capaz de dar al agua de alimentación antes de entrar en el

generador de vapor.

Tabla 3.3. Bryan Steam, LLC. Desgasificador tipo tray

Tabla 3.4. Bryan Steam, desgasificador tray






Peso (Kg) 8563

⇒ 𝑡 = 10 𝑚í𝑛

Industrial Steam, (Spray type):

Figura 3.5. Industrial Steam, desgasificador tipo jet spray.




Tiempo de residencia mínimo (min) 10



Peso (Kg) 2721

Tras analizar estos catálogos se puede hacer una comparación entre los 4

desgasificadores presurizados:

BFS Hurst Bryan Steam Industrial Steam

Tipo Tray-Spray Spray Tray Spray

Tiempo de residencia

mínimo (min) 10 13,6 10 10

Capacidad

almacenamiento (m3)

7,93 10,29 7,57 7,61

Volumen ocupado

(aprox.) (m3)

41,28 56,97 72,67 34,04

Peso (Kg) 4864 4310 8563 2721

Tabla 3.5. Comparación final de parámetros de 4 fabricantes de desgasificadores

presurizados.

De esta tabla se puede estudiar el ratio 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎𝑑𝑜 que cuantifica la forma

en la que se aprovecha el espacio en planta en relación a la capacidad de

almacenamiento de agua del tanque.

Puede observarse en la figura 3.6 que el equipo que mejor aprovecha el espacio ocupado

es el desgasificador spray de Industrail Steam. Cabe destacar que el espacio ocupado

por desgasificadores tipo tray (como es el caso del de Bryan Steam) no alcanza tanto

grado de aprovechamiento del espacio como los otros 3. Esto es debido a la tipología,

puesto que el agua entra en contacto con la atmósfera de vapor por medio de bandejas, y

no por boquillas pulverizadoras. Esto no solo aumenta el volumen que ocupa en planta

el equipo sino también el peso. Esto no es demasiado importante a la hora de la

instalación en el sistema, pero sí que cobra importancia a la hora de realizar una

inversión donde se tengan que tener en cuenta los costos de transporte.

Por ello en la figura 3.7 se estudia la relación 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜

𝑃𝑒𝑠𝑜 que aporta

información sobre la tecnología de materiales que cada empresa emplea para la

elaboración y fabricación de sus desgasificadores.




Figura 3.6. Relación cap. Almacenamiento – volumen ocupado.

Figura 3.7. Relación cap. almacenamiento – peso.

Se observa como los materiales que emplea el desgasificador de Industrial Steam son

más ligeros que el resto. De forma clara también se observa que los desgasificadores de

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,1920,181

0,104

0,224

m3/m3

Ratio de espacio ocupado

BFS

Hurst

Bryan Steam

Industrial Steam

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

1,630

2,387

0,884

2,797

m3/Tm

Ratio de peso

BFS

Hurst

Bryan Steam

Industrial Steam




bandejas tienen una cantidad de material mayor que los que emplean tecnología de

boquillas. Esto repercute en el peso de sus equipos de forma negativa.

Si se asume que cualquiera de estos desgasificadores sería apto para una planta de vapor

con caudal nominal de 100,000 lb/h donde se quiere instalar equipos de desgasificación

presurizados, se puede decir como conclusión, que el 4º desgasificador sería el más

adecuado si se atiende a la calidad constructiva y volumen que ocuparían en planta.

Por otro lado, se puede hacer una comparación como la que se ha hecho anteriormente,

pero analizando qué fabricantes son los que mejores ratios de espacio ocupado

presentan para un mismo tipo de desgasificador y mismo caudal de diseño (100,000 l/h).

Los resultados se muestran en la tabla 3.6.

Bryan

Steam

Industrial

Steam

Superior

Boiler

Works

Industrial

Steam BFS GBT Hurst

Tipo Tray Spray

Tiempo de

residencia mínimo

(min)

10 10,3 10 10 10 18 13,6

Capacidad

almacenamiento

(m3)

7,57 8,18 7,57 7,61 7,43 15,33 10,29

Volumen ocupado

(aprox.) (m3)

72,67 37,63 67,12 34,04 37,07 44,88 56,97

Tabla 3.6. Comparación de fabricantes de desgasificadores presurizados tipo bandeja y tipo

pulverizador.

Lo más relevante de esta comparación es que hay un fabricante que ofrece un menor

ratio de espacio ocupado para los desgasificadores tipo spray, GBT. La figura 3.9

muestra que el ratio de este fabricante sobresale con respecto a sus competidores. Este

desgasificador muestra una gran compacidad en comparación con los otros dos. La

razón es que sus dimensiones se ven particularmente reducidas al suprimir el cabezal de

desgasificación. En esencia se trata de un desgasificador que cuenta con un tanque de

almacenamiento donde en la zona superior lleva colocadas las boquillas de

pulverización, prescindiendo de la torre que en otros casos ejercía de conducto de

ventilación a la par que acomodo de las entradas de agua de reposición y línea de

condensado de retorno. Lo explicado puede verse gráficamente en la figura 3.10.




Figura 3.8. Ratio de espacio ocupado para 3 fabricantes de desg. pres. tray.

Figura 3.9. Ratio de espacio ocupado para 4 fabricantes de desg. pres. spray.

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,104

0,217

0,113m3/m3

Ratio de espacio ocupado (Tipo tray)

Bryan Steam

Industrial Steam

Superior Boiler Works

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,2240,200

0,342

0,181

m3/m3

Ratio de espacio ocupado (Tipo spray)

Industrial Steam

BFS

GBT

Hurst




Figura 3.10. Desgasificador presurizado spray de Green Boiler Technologies.

De la figura 3.8 lo más destacable sería volver a insistir que los ratios de espacio

ocupado, en general, presentados por los fabricantes que ofertan desgasificadores tipo

bandeja quedan bastante alejados de los presentados en la figura 3.9 (que son de tipo

pulverizador). Nuevamente existe un fabricante, Indistrial Steam, que adquiere una

mejoría amplia con respecto a sus otros dos competidores. En una comparación absoluta

como la mostrada en la figura 3.11 podría observarse que su ratio le hace situarse a un

nivel competitivo con otros fabricantes de desgasificadores tipo spray pero que queda

evidenciado por el ratio manejado por el de GBT. Cabe destacar que el mismo

fabricante (Industrial Steam) ofrece tanto desgasificadores de bandeja como de

pulverizador. Siendo acorde con lo visto hasta ahora, las características de su tipo spray

dan mejores resultados que los de su tipo tray, con un ratio de 0,224 y 0,217

respectivamente.




Figura 3.11. Comparación de ratio de espacio ocupado del desg. pres. tray de Industrial Seam

con otros de tipo spray.

3.3 Operación y mantenimiento

Los elementos que componen un equipo de desgasificación quedan representados en la

figura 3.12.

En cuanto al esquema que deben seguir, por lo general, la instalación que tienen un

desgasificador entre sus equipos se detalla en la figura 3.13. En ella se observa toda la

instrumentación que compone un sistema de desgasificación de agua de ciclo.

El requerimiento mínimo de presión de agua de suministro debe ser de al menos (según

la potencia y alcance de la planta) de unos 0,69 bar (10 Psi) y la presión de vapor

recomendada dentro del tanque de almacenamiento es de 0,34 bar (5 Psi).

Toda el agua de suministro al desgasificador, con excepción del retorno de condensado

sobre el que no se tiene control, debe limitarse a la capacidad máxima del

desgasificador, ya sea que la fuente venga de una bomba de condensado, bomba de

trasiego o el suministro de agua de la ciudad. Esto por lo general se logra mediante

ajuste de la válvula de control en la línea de descarga de la bomba de transferencia. Este

ajuste es de extrema importancia para la operación correcta. El agua de reposición (de

compensación en la figura 3.13) debe modularse en el desgasificador y no debe superar

la capacidad del modelo del desgasificador.

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,224

0,200

0,342

0,181

0,217

m3/m3

Ratio de espacio ocupado

Industrial Steam (S)

BFS (S)

GBT (S)

Hurst (S)

Industrial Steam (T)




Figura 3.12. Cleaver Brooks, Deaerator Operation and Maintenance.

1 Válvula de alivio 12 Mirilla de nivel

2 Desbordamiento 13 Controlador de nivel

3 Admisión de vapor 14 Válvula de compensación

4 Admisión de agua 15 Medidor de presión

5 Retorno de alta temperatura 16 Panel de control

6 Drenaje 17 Bomba de suministro

7 Succión 18 Tubería de succión

8 Termómetro 19 Compuerta de paso

9 Muestra 20 Compuerta de paso

10 Suministro químico 21 Alarmas de nivel

11 Recirculación 22 Drenaje de desborde

Tabla 3.7. Partes de un desgasificador




En condiciones normales de funcionamiento el agua de reposición se combina

automáticamente con el condensado de baja o media temperatura, para mantener el

nivel correcto del agua en el tanque de almacenamiento. El agua de reposición solo

entrará en el sistema cuando no haya suficiente retorno de condensado. Esto no siempre

tiene que ser así puesto que también existen instalaciones que deciden eliminar la

entrada de agua de reposición en el desgasificador para situarla en otro punto, como

puede ser el condensador.

Si los retornos de trampas de alta temperatura son menores al 25-30 % del valor

nominal, puede optarse por hacer una conexión directa al tanque de almacenamiento del

desgasificador. En caso de que sean de una fracción mayor no se introducen

directamente.

Las válvulas de retención suelen disponerse en el lado de descarga de la bomba, para

evitar así, que se supere la presión de admisión de la bomba. De tal forma que si se

detiene una bomba, sin válvula de retención, debido a que no hay demanda en el sistema

(con todas las válvulas cerradas) la presión alta del sistema, en el lado de descarga de la

bomba, hará que el flujo encuentre el camino de regreso hacia la admisión. Sin

embargo, si la presión alta del sistema es mayor que el valor máximo de presión de

admisión de la bomba se necesitará instalar una válvula de retención en el lado de

descarga de la bomba.

Otro elemento a disponer en la instalación es de un by-pass. Debe ser instalado en la

tubería de descarga si existe la posibilidad de que la bomba pueda operar en contra de la

válvula cerrada en la línea de descarga.

De manera que a modo de recopilación, los principales parámetros y rangos de

operación en los desgasificadores presurizados son los siguientes:

La presión de trabajo del desgasificador será aproximadamente 0,2 (manométricos),

dando una temperatura de saturación en torno a 105ºC.

El tanque de almacenamiento estará diseñado para albergar una cantidad de agua tal

que sea capaz de suministrar el agua necesaria en caldera (a plena carga) un tiempo

aproximado entre 10 y 20 minutos de duración.

La presión del agua entrante al desgasificador debe ser al menos de 2 bar, para

asegurar la correcta distribución del fluido por las boquillas.

Esto repercute en que el vapor purgado de caldera salga a contrapresión y que se

necesite elevar la presión al condensado mediante grupo de bombeo.

La presión de suministro a la válvula de control de vapor del desgasificador estará

en un rango aproximado de entre 5 y 10 bar.

El ratio de presiones de trabajo de las corrientes de entrada al desgasificador será 5:1

máximo.




Un calentamiento adicional podría ser requerido en el área de almacenamiento de

condensado, ya sea mediante combustible o por inyección directa de vapor. Sin

embargo, en la mayoría de plantas que requieren estos equipos, suelen tener un

régimen de operación continuo. Lo que hace que esta circunstancia eventual solo

pueda llegarse a dar en un arranque en frío. El uso o no de esta medida no es

obligatoria, dejándose tomar la decisión a la operación de la planta.

Figura 3.13. Diseño de sistema desgasificador.

Agua no tratada (desgasificada)

Este apartado contempla tanto el agua de reposición como el condensado retornado.

Agua de reposición:




El suministro de agua de reposición será controlado por una válvula. Esta válvula será

operada conforme a la demanda de agua de reposición que solicite un controlador de

nivel de agua en el tanque de almacenamiento.

El sistema que regula el agua de reposición que se ha de aportar al ciclo, en caso de que

se haga en el desgasificador, consta de una válvula eléctrica motorizada con un control

de nivel de agua que introducen agua no desgasificada en el sistema. En muchas

ocasiones la válvula suele ser de tipo neumático. En ocasiones el control de agua de

reposición puede ser usado en acoplamiento a un tanque de transferencia usado en

paralelo con el condensado de retorno. Esto se hace para agregar solo agua de

reposición al desgasificador desde el tanque de transferencia cuando el condensado de

retorno no esté disponible.

El agua de reposición sólo debe ser agregada al sistema en caso de que no haya

suficiente condensado en el tanque de almacenamiento como para permitir la operación

de la planta.

Condensado de retorno: Existen dos categorías de retorno de condensado:

De baja temperatura (baja presión): se considera condensado de baja temperatura

(también llamado de baja presión) cuando se retorna a una temperatura por debajo de

110ºC. Este retorno debe conectarse a la línea de agua de suministro no desgasificada.

De alta temperatura (alta presión): el condensado retorna a una temperatura no inferior a

110ºC, en este caso, el retorno se hace directamente al tanque de almacenamiento. La

razón de esta forma de operar es debido a que un condensado cuya temperatura siempre

está por encima de este nivel no absorbe oxígeno de la atmósfera y, por tanto, no

requiere tratamiento de desgasificación. Esta línea de condensado se consigue mediante

by-pass. Debe tenerse precaución con la presión que este tipo de condensado lleva y que

no supere a la máxima permitida por el equipo. El empleo de tuberías de aspersión es

recomendada para este tipo de conexión que debe tener una correcta dispersión del

condensado a alta temperatura. Se recomienda que, para los equipos que tienen esta

línea de condensado de alta temperatura, se mantengan al mínimo (posible) tanto la

presión diferencial como la cantidad de retorno de alta temperatura, dado a que con esto

se consigue evitar el ruido y los problemas de operación.

En algunos sistemas de vapor el agua de reposición y el condensado de retorno son

llevados a un tanque de transferencia antes de ser introducidos al desgasificador. Si el

agua en el tanque de transferencia está por debajo de las condiciones atmosféricas y la

temperatura de condensado supera los 110ºC entonces este tanque estará conectado con

la línea que une esta corriente de condensado de alta temperatura con el tanque de

almacenamiento del equipo.




Suministro de vapor

La línea de suministro de vapor debe contar con una válvula reductora de presión cuya

instalación permite obtener la correcta presión de operación en el desgasificador. Las

válvulas de alivio también pueden ser montadas sobre esta línea. En ocasiones el

sistema no requiere de este tipo de válvulas, como es el caso de sistemas con calderas de

baja presión.

Por otro lado, las válvulas de reducción de presión de vapor deben instalarse tan cerca

como sea posible del tanque desgasificador. La instalación debe realizarse de acuerdo a

las instrucciones del fabricante de la válvula.

Eliminación de gases

La conexión del conducto de venteo está situada en la zona alta de la torre de

desgasificación, cerca de las boquillas pulverizadoras en caso de que las hubiera. La

línea de venteo necesita ser extendida verticalmente a través del techo de la torre y

abierta a la atmósfera.

La válvula de ventilación manual suele proporcionarse con el desgasificador y conviene

que sea entubada con la descarga atmosférica del equipo sin obstrucciones ni

resistencias.

Desbordamiento del tanque de almacenamiento

El orificio de desborde está conectado con la tubería de drenaje. Esta tubería está

adaptada para drenar por gravedad cualquier agua que llegue al nivel de desborde del

tanque. Además, unas trampas de desborde serán necesarias ser instaladas para el caso

en el que el desgasificador esté trabajando bajo presión en el punto de saturación.

Niveles de agua

Nivel inferior: bajo condiciones normales de operación, el tanque nunca debe permitirse

estar en bajos niveles de agua. Si el nivel de agua cae, la válvula de agua de reposición

deberá abrirse para satisfacer la demanda de agua. De ahí a que el dimensionamiento de

la válvula de agua de reposición deba ser el adecuado para garantizar el suministro a la

caldera.

Nivel superior: el límite superior de nivel de agua en el tanque viene determinado por el

desbordamiento del mismo. Una alarma se encarga de disparar cuando el agua alcanza

dicho límite y se abren los orificios de drenaje para evacuar el agua del tanque evitando

que desborde. Un desgasificador que se encuentra desbordado no opera correctamente.




Como conclusión al capítulo, la tabla 3.8 muestra los problemas de funcionamiento que

suelen tener los desgasificadores y las posibles causas que pueden provocarlos. Cabe

destacar que la lista de problemas no contempla a los desgasificadores químicos por la

manera de operar que estos tienen.

Problema de funcionamiento Posibles causas

Alto nivel de oxígeno en agua

de alimentación

Fuga de gases en el desgasificador.

Tiempo de residencia insuficiente.

Atmósfera de mezcla vapor-agua no

diseñada/creada u operación incorrecta.

Error en las especificaciones de diseño del ratio de

flujo de salida.

Fluctuaciones de presión

Válvula de control incorrectamente dimensionada.

Desvío del rango de variación de temperatura en el

suministro de agua al desgasificador.

Baja temperatura de salida

Vapor insuficiente.

Atmósfera de mezcla vapor-agua no

diseñada/creada u operación incorrecta.

Alta concentración de CO2 en

el agua alimentación PH del agua alimentación demasiado elevado.

Tabla 3.8. Posibles problemas y causas en desgasificadores

3.4. Dimensionado de elementos auxiliares

Los elementos que se estudian en este apartado son la válvula de control de condensado

y la válvula de control de vapor. La primera está situada en las líneas de retorno de

condensado, tanto en el de caliente como en el de frío (explicados en el apartado 3.3).

Mientras que la segunda válvula se encuentra en la línea de vapor entrante al

desgasificador y que se encarga de reducir la presión del flujo hasta la presión de

operación del desgasificador.

Válvula de control de condensado

El predimensionado de la válvula de control de agua a la entrada del desgasificador se

rige por la siguiente expresión:

∆𝑃 = 𝑃1 − 𝑃2




𝑞 𝑤 = 𝑘𝑣 ∆𝑃

𝐺

Donde:

𝑞 𝑤 : caudal de agua que entra al desgasificador [m3/h]

𝑃1: presión de entrada en la válvula de control de agua [bar]

𝑃2: presión de salida en la válvula de control de agua [bar]

𝐺: densidad relativa del fluido (para agua, G=1)

𝑘𝑣: coeficiente de pérdida de presión requerido por la válvula [m3/(bar

1/2·h)]

Cabe destacar que 𝑃2 viene limitada por la presión de trabajo de las boquillas

pulverizadoras de un desgasificador (en caso de que las tuviera) mientras 𝑃1 es la

presión del condensado retornado del proceso.

Válvula reductora de presión

Uno de los elementos más importantes del sistema es el regulador de vapor. Éste es

operado por el vapor inicial o presión de fluido. En su mantenimiento no se recomienda

el desmantelamiento completo en intervalos regulares cuando se está bajo condiciones

normales. Los aspectos fundamentales a tener en cuenta en el mantenimiento son la

inspección de forma periódica de existencia de suciedad acumulada en la salida de

purga y ver si existen posibles fugas por las juntas de la válvula.

Las válvulas reductoras de presión pueden ser requeridas en caso de que la válvula de

alivio de la caldera opere a una presión superior a 15 psig (1,034 bar). Este tipo de

válvulas se sitúan dentro de la línea de vapor para controlar y suministrar vapor en

condiciones de operación correctas.

El predimensionado de una válvula de control de vapor se rige por la siguiente

expresión:

𝑐 =𝑃2 − 𝑃1

𝑃2

𝑚 𝑣 = 12 ∙ 𝑘𝑣 ∙ 𝑃1 1 − 5,67 ∙ 0,42 − 𝑐 2

Donde:

𝑚 𝑣: caudal de vapor entrante al desgasificador [Kg/h]

𝑃1: presión absoluta de entrada en la válvula de control [bar]

𝑃2: presión absoluta de salida en la válvula de control [bar]




𝑘𝑣: coeficiente de pérdida de presión requerido por la válvula [Kg/(h·bar)]

Retomando el ejemplo de la figura 3.1, se tienen los siguientes datos:

𝑚 𝑣 = 328 𝐾𝑔 𝑕

𝑃1 = 10 𝑏𝑎𝑟

𝑃2 = 1,2 𝑏𝑎𝑟

Esta situación, sin embargo, hace que la presión de salida tenga un valor menor del 58%

que de la de entrada, con lo que la válvula operará de forma crítica. Su coeficiente

puede ser calculado mediante la ecuación simplificada:

𝑘𝑣 =𝑚 𝑣

12 ∙ 𝑃1

De modo que el coeficiente mínimo con el que debe contar la válvula del ejemplo de la

instalación 3.1 debe ser de 2,73.

Una de las recomendaciones que suelen darse es que las válvulas de alivio se sitúen

entre la válvula reductora de presión y el desgasificador. Las válvulas de alivio deben

ser dimensionadas de tal forma que sean capaces de reducir la presión que las válvulas

reductoras realizan a la salida de las mismas.

En caso de poner un by-pass alrededor de la válvula reductora, este lazo no deberá

transportar más vapor del máximo permitido por dicha válvula.

La válvula reductora de presión es una válvula independiente que no requiere de

alimentación exterior para su operación pero que se necesita en cualquier planta de

vapor que contenga un desgasificador para su correcto funcionamiento.




4. FABRICANTES Y NORMATIVA

4.1 Fabricantes

En este apartado se pretende dar un repaso general de algunos de los principales

fabricantes de desgasificadores para instalaciones de vapor.

Alstom

Equipos que fabrica: Desgasificadores presurizados

Localización: Empresa francesa con sede nacional en Madrid y centros

de distribución repartidos por la península

Web: www.alstom.com

Babcock Wanson, del grupo CNIM


Localización: Empresa estadounidense con sede nacional de distribución

en Erandio (Bizkaia)

Web: www.babcock-wanson.es

BFS Industries LLC


Localización: EEUU, Butner (Carolina del Norte).

Web: http://www.bfs-ind.com

Bryan Steam LLC


Localización: EEUU, Indiana

Web: www.bryanboilers.com

Ecodyne

Equipos que fabrica: Desgasificadores presurizados, Desgasificadores por vacío

Localización: Canadá, Burlington (Ontario)

http://www.alstom.com/

http://www.babcock-wanson.es/

http://www.bfs-ind.com/

http://www.bryanboilers.com/




Web: http://www.ecodyne.com/

EN-FAB, Inc

Equipos que fabrica: Desgasificadores por vacío

Localización: EEUU, Houston (Texas)

Web: http://www.en-fabinc.com

Flowserve Corporation


Localización: EEUU, Irving (Texas). Tiene centros de distribución

repartidos por la península y Gran Canaria

Web: www.flowserve.com

Green Boiler Technologies (GBT)

Equipos que fabrica: Desgasificadores presurizados, desgasificadores

atmosféricos

Localización: EEUU, Danville (Kentucky)

Web: http://www.gbt-inc.com/

Hurst Boiler & Welding Company, Inc.


Localización: EEUU, Coolidge (Georgia).

Web: http://www.hurstboiler.com

Industrial Steam


atmosféricos

Localización: EEUU, Atlantic City (New Jersey)

Web: http://www.industrialsteam.com/deaerator/

Kansas City Deaerator Company


http://www.ecodyne.com/

http://www.en-fabinc.com/

http://www.flowserve.com/

http://www.gbt-inc.com/

http://www.hurstboiler.com/

http://www.industrialsteam.com/deaerator/




Localización: EEUU, Overland Park (Kansas)

Web: http://www.kansascitydeaerator.com

Lockwood Products


atmosféricos

Localización: EEUU, Atlanta (Georgia)

Web: http://www.lockwoodproducts.com/

Netzsh

Equipos que fabrica: Desgasificadores por vacío

Localización: Empresa alemana con sede nacional de distribución en

Tarrasa (Cataluña)

Web: http://www.netzsch-grinding.com

Servyeco Grupo

Equipos que fabrica: Desgasificadores químicos

Localización: España, Alcora (Castellón)

Web: http://www.servyeco.com/

Superior Boiler Works, Inc.


Localización: EEUU, Hutchinson (Kansas)

Web: http://www.superiorboiler.com/

Termochimica Impianti


Localización: Italia, Milán

Web: http://www.termochimica.com/deaerator.html

http://www.kansascitydeaerator.com/

http://www.lockwoodproducts.com/

http://www.netzsch-grinding.com/

http://www.servyeco.com/

http://www.superiorboiler.com/

http://www.termochimica.com/deaerator.html




4.2 Normativas

ASME PTC 12.3: Performance test code on deaerators.

Describe el método y los procedimientos para testar la cantidad de oxígeno disuelto en

agua para equipos desgasificadores con concentraciones superior a 75 ppb.

GOST 16860: Thermal deaerators types, basic parameters, acceptance, control

methods.

Describe los parámetros esenciales de los desgasificadores térmicos y los diferentes

tipos y procedimientos de control en planta.

HEI 2954: Standards and typical specifications for tray type deaerator

standards and typical specifications for tray type deaerators.

Descripción detallada sobre las especificaciones que deben tener los desgasificadores

tipo bandeja.

NACE SP0590: Prevention, detection, and correction of deaerator cracking.

Identifica los factores más importantes que influyen en el craqueo de desgasificadores

en instalaciones de vapor basado en análisis históricos.

UNE-EN-45510-6-1: Guía para la compra de equipos para centrales eléctricas.

parte 1-6: auxiliares de turbina. Desgasificadores.

Da recomendaciones para la redacción de la especificación técnica para la compra de

desgasificadores asociados a las instalaciones de producción de vapor y a las turbinas de

vapor para centrales de generación de electricidad.

UNE 9-075: Tratamiento de aguas en calderas de vapor.

Indica, entre otros, la concentración de oxígeno residual permisiva en el agua de ciclo

de instalaciones de vapor




5. RESUMEN Y CONCLUSIONES

En el presente proyecto se ha partido de la razón por la que las plantas, que emplean

como fluido caloportador el vapor de agua, deben incluir en su ciclo agua-vapor un

equipo que les permita eliminar los gases disueltos procedentes del proceso de

oxidación del hierro que, a altas temperaturas, sus compuestos acarrean corrosión y

degradación de las distintas partes de la instalación.

Esto lleva al estudio de los principios en los que se basan los distintos métodos de

desgasificación y los equipos que lo llevan a cabo. Se han analizado cada uno de los

diferentes sistemas de desgasificación empleados a nivel industrial a partir de lo que los

fabricantes ofrecen y las industrias necesitan. De ahí a la diferenciación entre el

conjunto de opciones que proporciona el análisis de este trabajo.

Si se observa, la desgasificación forma parte de lo que se podría denominar como

procesos bases para el mantenimiento y cuidado de una instalación de vapor. De hecho,

actúa de modo preventivo ante situaciones que a las compañías e industrias de cualquier

sector les llevaría a serios problemas en caso de tener que actuar de manera correctiva

por el hecho omitir este proceso de eliminación de gases. Trayendo consigo problemas

económicos tanto por la recuperación de los elementos de la planta que se hayan visto

afectados como por el ingreso nulo que supone dejar parada la cadena de producción

con los daños colaterales que ello conlleva.

De todos los equipos de desgasificación estudiados el desgasificador atmosférico es el

que más restringido tiene su uso. Esto es debido a que su capacidad para mantener un

contenido apto de niveles de gases disueltos es muy limitada. Resultando insuficiente

para la mayoría de procesos que aquí se han puesto como ejemplo. Los desgasificadores

por acción del vacío son empleados a pequeña y mediana escala debido a las

limitaciones que ofrece los sistemas encargados de crear el vacío, ya sea mediante

bombas o por eyector de vapor.

Es por estas dos razones por las que se optó por centrarse en mayor medida en una

comparación entre la desgasificación térmica presurizada y la desgasificación química.

Si bien los desgasificadores químicos, tal y como se ha visto, son los que mayor

eficiencia ofrecen, también resultan los más caros de operar. Debido al coste directo que

supone la continua adición de agentes químicos y el coste indirecto proveniente de la

necesidad de realizar un mayor número de purgas en caldera que eviten las

incrustaciones que afectan a la transferencia de calor y a otros parámetros operacionales

como la pérdida de carga y el sobrecalentamiento en los tubos del hogar.

La comparación en sí, tan solo muestra la explicación de por qué se usa en la mayoría

de ocasiones los desgasificadores presurizados en lugar de los desgasificadores




químicos como único agente protector. Si bien es verdad que el desgasificador

presurizado no alcanza las cotas de eliminación de gases que tiene el desgasificador

químico, se puede considerar aceptable las 7 ppb que garantiza en niveles de oxígeno

disuelto en agua, la principal fuente de corrosión estudiada. Como también se ha

comentado con anterioridad, la combinación de ambos métodos de desgasificación

resulta beneficiosa de cara una mayor eliminación de gases, con la ventaja adicional de

que por un lado se consigue un mejor contenido de oxígeno disuelto que el obtenido por

los desgasificadores presurizados y por otro lado se requiere de un menor grado de

purga en caldera con respecto al emplea único de desgasificadores químicos. En el

campo de la generación de energía esta opción es muy demandada.

Por ser la elección más demandada en las instalaciones de vapor, el proyecto da una

visión más profunda de los parámetros característicos que poseen los desgasificadores

presurizados. Se enumeran los principales parámetros necesarios para tener la suficiente

información procedente de los fabricantes, así como también la instrumentación más

importante de la que suelen disponer los sistemas de desgasificación que trabajan a

presión. Además, se analizan las variables de operación que se deben tener en cuenta a

la hora de implementar un lazo de control que gobierne el correcto funcionamiento del

desgasificador. Por otro lado, se muestran los problemas más comunes arraigados a la

operación de estos equipos y las causas que lo suelen provocar.

En la redacción de la selección de los desgasificadores presurizados también se han

incluido dos ratios que pueden ser de utilidad a la hora de la adquisición de estos

equipos. En este caso tan solo se ha hecho para los presurizados pero bien podrían ser

extrapolables al resto. Los ratios de espacio ocupado y de peso dan muestras de que

dentro de la gama de desgasificadores presurizados los de pulverizador son más

compactos, e hipotéticamente acarrearían menores costes de transporte. La ausencia de

bandejas permite reducir considerablemente el peso de este tipo de desgasificadores en

relación a los que emplean boquillas de pulverización. Aunque el máximo grado de

eliminación de gases lo crean los que combinan ambas tecnologías, es decir, los tray-

spray (con el consecuente incremento en peso y espacio como principales desventajas).

Como cierre al estudio de los equipos de desgasificación se da una lista con los

principales fabricantes capaces de proporcionar los desgasificadores aquí analizados y

que intervienen en el desarrollo de la memoria. En el apartado de normativas se

mencionan aquellas que están directamente relacionadas con el mantenimiento de los

desgasificadores y descripción de elementos de los que deben constar los equipos.




BIBLIOGRAFÍA

Barreiro E, Ghislieri D. Eliminación de gases disueltos. Desaireadores, Departamento

de Tecnología y Servicios Industriales, 2002.

Ballester Productos químicos S.A. Catálogo comercial de precios 2013.

Bekedam, Martin. Atmospheric Deaerator, Canadian Intellectual Property Office, 1995.

BFS Industries, LLC. Operation and Maintenance Deaerators. Spray-tray deaerator

brochure, 2003.

Bryan Steam, LLC. Maintenance and Tray Deaerator, 2003.

Cleaver Brooks. Operation, Maintenance and Parts Manual. Spraymaster and

Boilermate Deaerator, 2010.

Eurowater. Vacuum deaerator, Customer information, 2003.

García Garrido, Santiago. Contrucción de centrales de ciclo combinado. Principales

equipos y sistemas en centrales de ciclo combinado, Renovetec, 2013.

Graver Water Conditioning, CO. Manual de instrucciones del Desaireador de la C.T.

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Green Boiler Technologies, Inc. Pressurized Deaerator brochure, 2007.

Hurst Boiler and Welding Company. Oxymiser Series. Feedwater Deaerators, 2013.

Industrial Steam. Atmospheric Deaerator brochure, 2009.

Ministerio de Salud de República de Argentina. Listado de productos para uso

industrial, 2013.

Servyeco Grupo. Gestión integral del agua, 2012.

Spirax Sarco. Pressurized Deaerators (Module 3.21).

Steamline. Deaerators & Feedtank Systems. Deaerator tank, 2011.

Thermal Engineering. Desaireación térmica v/s química, Artículo técnico, 2009.




ANEXO

Cálculos relativos al apartado 2.5 Análisis comparativo.

Horas de fto. de la planta:

𝑕 =𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎=

197100

30= 6570 𝑕𝑜𝑟𝑎𝑠

Concentración de O2:

Figura A.1. Solubilidad del oxígeno en medio acuoso en función de la temperatura.

𝑇𝐴𝐴 = 57,5 º𝐶 ⇒ 𝑂2 = 5 𝑝𝑝𝑚

Flujo de agua alimentación:

𝑚 𝐹𝑒𝑒𝑑𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 = 𝑚 𝑆𝑡𝑒𝑎𝑚 𝐵𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 + 𝑚 𝑀𝑎𝑘𝑒 −𝑢𝑝 = 1 +0,10

100 𝑚 𝑆𝑡𝑒𝑎𝑚 𝐵𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 =

= 1 +0,10

100 30 = 30,03 𝑇 𝑕

Coste operacional de desgasificación química:

𝑚 𝑁𝑎2𝑆𝑂3= 7,88 ∙ 𝑂2 +

𝑚 𝑁𝑎2𝑆𝑂3𝑏𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟

𝐶𝐶 ∙

𝑚 𝑓𝑒𝑒𝑑𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟

103= 7,88 ∙ 5 +

60

10

30,03

103=




= 1,36 𝐾𝑔 𝑕

𝐶𝑂𝑄 = 𝑚 𝑁𝑎2𝑆𝑂3𝑕 𝑝𝑁𝑎2𝑆𝑂3

= 1,36 ∙ 6570 ∙ 2,54 = 22705 𝑢.𝑚. 𝑎ñ𝑜

Coste operacional de desgasificación térmica:

𝑄 = 𝑚 𝑀𝑎𝑘𝑒 −𝑢𝑝 ∙ 𝑕 ∙ 𝐻𝑉𝐴𝑃 = 0,03𝑇 𝑕 ∙ 6570 𝑕 ∙ 2257𝐾𝐽 𝐾𝑔 ∙ 1000𝐾𝑔 𝑇 =

= 444,8 𝐺𝐽 𝑎ñ𝑜

𝑄 = 𝑚𝑐𝑜𝑎𝑙 ∙ 𝑃𝐶𝐼𝑐𝑜𝑎𝑙 ⇒ 𝑚𝑐𝑜𝑎𝑙 =𝑄

𝑃𝐶𝐼𝑐𝑜𝑎𝑙=

444,8 ∙ 106𝐾𝐽

24762 𝐾𝐽 𝐾𝑔 =

= 17963 𝐾𝑔 𝑎ñ𝑜 = 17,96 𝑇𝑚 𝑎ñ𝑜

𝐶𝑂𝑇 = 𝑚𝑐𝑜𝑎𝑙 ∙ 𝑝𝑐𝑜𝑎 𝑙 = 17,963 ⋅ 60,31 = 1083 𝑢.𝑚. 𝑎ñ𝑜

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